DE102021201617A1 - Electric motor for selective operation with at least two different supply voltages and switching device for the electric motor - Google Patents

Electric motor for selective operation with at least two different supply voltages and switching device for the electric motor Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (12) mit einem Rotor (40) und einem Stator (42), wobei der Stator (42) drei Statorpole (44) und jeder Statorpol (44I, 44", 44III) ein ganzzahliges Vielfaches an Statorzähnen (46) mit jeweils einer Mehrzahl von Wicklungen (48) zum Antrieb des Rotors (40) aufweist, wobei die Wicklungen (48) der Statorzähne (46) in ihrer Art und/oder Anzahl derart ausgelegt sind, dass der Elektromotor (12) über drei Phasen (U, V, W) wahlweise mit einer ersten Versorgungsspannung (UH), insbesondere für einen Netzbetrieb, oder mit zumindest einer gegenüber der ersten Versorgungsspannung (UH) deutlich unterschiedlichen zweiten Versorgungsspannung (UL), insbesondere für einen Akkubetrieb, betreibbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass sämtliche Wicklungen (48) eines Statorzahns (46I, 46II) für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung (UH) oder der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung (UL) in Reihe und/oder parallel schaltbar sind und dass die Phasen (U, V, W) als Sternschaltung oder als Dreieckschaltung schaltbar sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Umschaltvorrichtung (50) zur Ansteuerung der Wicklungen (48) des Elektromotors (12) sowie ein elektrisches Bearbeitungsgerät (10) mit dem Elektromotor (12) und der Umschaltvorrichtung (50).The invention relates to an electric motor (12) with a rotor (40) and a stator (42), the stator (42) having three stator poles (44) and each stator pole (44I, 44", 44III) having an integer multiple of stator teeth (46 ) each having a plurality of windings (48) for driving the rotor (40), the windings (48) of the stator teeth (46) being designed in terms of their type and/or number such that the electric motor (12) has three phases (U, V, W) can be operated either with a first supply voltage (UH), in particular for mains operation, or with at least one second supply voltage (UL) that is significantly different from the first supply voltage (UH), in particular for battery operation proposed that all windings (48) of a stator tooth (46I, 46II) can be connected in series and/or in parallel for operation with the first supply voltage (UH) or the at least one second supply voltage (UL) and that the phases (U, V , W ) can be switched as a star connection or as a delta connection. The invention also relates to a switching device (50) for controlling the windings (48) of the electric motor (12) and an electrical processing device (10) with the electric motor (12) and the switching device (50).

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor zum wahlweisen Betrieb mit einer ersten oder zumindest einer zweiten Versorgungsspannung sowie eine Umschaltvorrichtung zur Umschaltung der Wicklungen des Elektromotors und ein elektrisches Bearbeitungsgerät mit einem erfindungsgemäßen Elektromotor und einer erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to an electric motor for selective operation with a first or at least a second supply voltage and a switching device for switching the windings of the electric motor and an electrical processing device with an electric motor according to the invention and a switching device according to the invention according to the species of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Akkubetriebene Bearbeitungsgeräte, insbesondere Handwerkzeugmaschinen, haben in den letzten Jahren zunehmend ihre netzbetriebenen Pendants abgelöst, da die Akkupacks und die Elektromotoren immer leichter und leistungsfähiger wurden. Hier haben sich besonders die so genannten elektrisch kommutierten (EC) bzw. bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC) etabliert. Gerade in den hohen Leistungsklassen ist es trotz der leichten und kompakten EC-Motoren und der immer leistungsfähigeren Akkus bzw. Wechselakkupacks jedoch häufig notwendig, die Bearbeitungsgeräte über einen längeren Zeitraum zu betreiben, so dass die Akkus bzw. Wechselakkupacks relativ häufig geladen und/oder gewechselt werden müssen. Daher besteht ein Bedarf an so genannten Hybrid-Geräten mit entsprechenden Elektromotoren, die sowohl per Batterie als auch mit Netzstrom betrieben werden können.Battery-powered processing devices, especially handheld power tools, have increasingly replaced their mains-powered counterparts in recent years, since the battery packs and electric motors have become lighter and more powerful. The so-called electrically commutated (EC) or brushless direct current motors (BLDC) have established themselves here in particular. Despite the light and compact EC motors and the ever more powerful rechargeable batteries or replaceable battery packs, it is often necessary, especially in the high performance classes, to operate the processing equipment over a longer period of time, so that the rechargeable batteries or replaceable battery packs are charged and/or changed relatively frequently Need to become. There is therefore a need for so-called hybrid devices with corresponding electric motors that can be operated both by battery and by mains power.

Aus der EP 3 316 453 A1 ist eine akkubetriebene Handwerkzeugmaschine in Gestalt eines Akkuschraubers bekannt. Die Handwerkzeugmaschine weist einen bürstenlosen Elektromotor mit einem Stator und einem innerhalb des Stators relativ zu diesem drehend gelagerten Rotor auf. Der Stator umfasst drei Wicklungen, wobei jede Wicklung auf zwei über den Umfang des Stators gegenüberliegenden Statorpolen verteilt ist. Die drei Statorwicklungen können mittels entsprechender Schaltmittel wahlweise in einer Dreieck- oder Sternschaltung betrieben werden.From the EP 3 316 453 A1 a battery-powered hand tool in the form of a cordless screwdriver is known. The hand-held power tool has a brushless electric motor with a stator and a rotor mounted within the stator so that it can rotate relative to the latter. The stator comprises three windings, each winding being distributed over two opposite stator poles over the circumference of the stator. The three stator windings can be operated in a delta or star connection by means of appropriate switching means.

Die US 2019/0229599 A1 offenbart ein stationäres Elektrowerkzeug, das wahlweise mit einer ersten Versorgungsspannung, insbesondere einer Netzspannung, oder mit einer zweiten Versorgungsspannung, insbesondere einer Batteriespannung, betrieben werden kann. Das Elektrowerkzeug verfügt dazu über zwei Leistungselektroniken, wobei in Abhängigkeit von der detektierten Versorgungsspannung zum Betrieb eines Elektromotors eine erste Leistungselektronik erste Wicklungen des Elektromotors und eine zweite Leistungselektronik zweite Wicklungen des Elektromotors ansteuert. Die ersten und zweiten Wicklungen unterscheiden sich insbesondere in ihrer Windungsanzahl und/oder dem Drahtquerschnitt. Dabei ist vorgesehen, dass die Statorzähne der Statorpole des Elektromotors entweder jeweils im Wechsel die ersten oder die zweiten Wicklungen tragen oder aber dass jeder Statorzahn jeweils eine erste und eine zweite Wicklung aufweist. Weiterhin ist auch die Möglichkeit zur Umschaltung zwischen einer Stern- und einer Dreieckschaltung gezeigt, wobei die ersten Wicklungen fest zu einer Sternschaltung und die zweiten Wicklungen fest zu einer Dreieckschaltung verschaltet sind.the US 2019/0229599 A1 discloses a stationary power tool that can be operated either with a first supply voltage, in particular a mains voltage, or with a second supply voltage, in particular a battery voltage. For this purpose, the power tool has two electronic power units, with a first electronic power unit controlling first windings of the electric motor and a second electronic power unit controlling second windings of the electric motor depending on the detected supply voltage for operating an electric motor. The first and second windings differ in particular in their number of turns and/or the wire cross section. It is provided that the stator teeth of the stator poles of the electric motor either carry the first or the second windings alternately or that each stator tooth has a first and a second winding. Furthermore, the possibility of switching between a star and a delta connection is also shown, the first windings being permanently connected to form a star connection and the second windings to be permanently connected to form a delta connection.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Elektromotor, insbesondere einen bürstenlosen Gleichstrommotor, bereitzustellen, bei dem im Unterschied zum Stand der Technik sämtliche Wicklungen des Stators für einen Betrieb des Elektromotors mit mindestens zwei unterschiedlichen Versorgungsspannungen und für einen Betrieb in einer Stern- oder Dreieckschaltung genutzt werden können. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Umschaltvorrichtung für den Elektromotor bereitzustellen.It is the object of the invention to provide an electric motor, in particular a brushless DC motor, in which, in contrast to the prior art, all the windings of the stator are used to operate the electric motor with at least two different supply voltages and for operation in a star or delta circuit be able. In addition, the object of the invention is to provide a corresponding switching device for the electric motor.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Die Erfindung geht aus von einem Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Stator drei Statorpole und jeder Statorpol ein ganzzahliges Vielfachen an Statorzähnen mit jeweils einer Mehrzahl von Wicklungen zum Antrieb des Rotors aufweist. Die Wicklungen der Statorzähne sind in ihrer Art und/oder Anzahl derart ausgelegt, dass der Elektromotor über drei Phasen wahlweise mit einer ersten Versorgungsspannung, insbesondere für einen Netzbetrieb, oder mit zumindest einer gegenüber der ersten Versorgungsspannung deutlich unterschiedlichen zweiten Versorgungsspannung, insbesondere für einen Akkubetrieb, betreibbar ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass sämtliche Wicklungen eines Statorzahns für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung oder der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung in Reihe und/oder parallel schaltbar sind und dass die Phasen als Sternschaltung oder als Dreieckschaltung schaltbar sind. Mit besonderem Vorteil erlaubt ein derartiger Elektromotor einen sehr universellen Einsatz von kleinen Gleichspannungen bis zu hohen Wechselspannungen in Verbindung mit einer einfach auszulegenden und kostengünstigen Leistungselektronik bzw. Umschaltvorrichtung zur Beschaltung der Wicklungen des Elektromotors. Dadurch, dass stets sämtliche Wicklungen des Elektromotors für den Betrieb mit der ersten und mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung bestromt werden, ist mit besonderem Vorteil ein gegenüber dem Stand der Technik reduziertes Gewicht bei kompakter und kostengünstiger Bauweise des Elektromotors möglich. Eine optimale magnetische Kopplung der Wicklungen an den Stator des Elektromotors gewährleistet zudem eine hohe Effektivität. Durch die wahlweise Verschaltung der Phasen als Stern- oder Dreieckschaltung ergibt sich einerseits in Verbindung mit der Sternschaltung eine deutliche Reduzierung des Strombedarfs um einen Faktor von 1,73 je Phase bzw. Statorpol, was insbesondere bei einem Anlaufen des Elektromotors von Vorteil ist, während in der Dreieckschaltung hohe Ströme und Leistungen nutzbar sind. Die besondere Auslegung des erfindungsgemäßen Elektromotors erlaub so beispielsweise bei einem Betrieb mit einer gleichgerichteten, ersten Versorgungsspannung von 300 V und einer zweiten Versorgungsspannung von 36 V eine Reduzierung der notwendigen Wicklungen je Statorpol von 8 (≅ 300 V / 36 V) auf 4 (≅ 300 V / 36 V / 1,73). Unter dem Begriff „Art der Wicklung“ soll insbesondere die Anzahl der Windungen, der Querschnitt und/oder das Material der Wicklung verstanden werden.The invention is based on an electric motor with a rotor and a stator, the stator having three stator poles and each stator pole having an integer multiple of stator teeth, each with a plurality of windings for driving the rotor. The windings of the stator teeth are designed in terms of their type and/or number in such a way that the electric motor can be supplied over three phases either with a first supply voltage, in particular for mains operation, or with at least one second supply voltage that is significantly different from the first supply voltage, in particular for battery operation. is operable. To solve the task it is provided that all windings of a stator tooth can be connected in series and/or in parallel for operation with the first supply voltage or the at least one second supply voltage and that the phases can be connected as a star connection or as a delta connection. With particular advantage, such an electric motor allows a very universal use of low DC voltages up to high AC voltages in connection with an easy to design and inexpensive power electronics or switching device for wiring the windings of the electric motor. Due to the fact that all windings of the electric motor are always energized for operation with the first and with the at least one second supply voltage, a reduced weight compared to the prior art is possible with a compact and cost-effective design of the electric motor. An optimal Magnetic coupling of the windings to the stator of the electric motor also ensures high effectiveness. The optional connection of the phases as a star or delta connection results, on the one hand, in connection with the star connection, in a significant reduction in the power requirement by a factor of 1.73 per phase or stator pole, which is particularly advantageous when the electric motor starts up, while in high currents and power can be used in the delta connection. The special design of the electric motor according to the invention allows, for example, when operating with a rectified, first supply voltage of 300 V and a second supply voltage of 36 V, a reduction in the necessary windings per stator pole from 8 (≅ 300 V / 36 V) to 4 (≅ 300 V / 36V / 1.73). The term "type of winding" is intended to mean in particular the number of turns, the cross section and/or the material of the winding.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Umschaltvorrichtung zur Ansteuerung der Wicklungen des erfindungsgemäßen Elektromotors, wobei mittels der Umschaltvorrichtung die Wicklungen der Statorzähne des Elektromotors für den Betrieb mit der ersten oder der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung in Reihe und/oder parallel und darüber hinaus die Phasen als Sternschaltung oder als Dreieckschaltung schaltbar sind. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Bearbeitungsgerät mit dem erfindungsgemäßen Elektromotor und der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung.The invention also relates to a switching device for controlling the windings of the electric motor according to the invention, with the switching device being used to switch the windings of the stator teeth of the electric motor for operation with the first or the at least one second supply voltage in series and/or in parallel and also the phases as a star connection or can be switched as a delta connection. Furthermore, the invention relates to an electrical processing device with the electric motor according to the invention and the switching device according to the invention.

Als „elektrische Bearbeitungsgeräte“ sollen im Kontext der Erfindung unter anderem akku- und/oder netzbetriebene Werkzeugmaschinen zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines elektrisch angetriebenen Einsatzwerkzeugs verstanden werden. Dabei kann das elektrische Bearbeitungsgerät sowohl als Handwerkzeugmaschine als auch als stationäre Werkzeugmaschine ausgebildet sein. Typische Werkzeugmaschinen sind in diesem Zusammenhang Hand- oder Standbohrmaschinen, Schrauber, Schlagbohrmaschinen, Hobel, Winkelschleifer, Schwingschleifer, Poliermaschinen oder dergleichen. Als elektrische Bearbeitungsgeräte kommen aber auch elektromotorisch angetriebene Garten- und Baugeräte wie Rasenmäher, Rasentrimmer, Astsägen, Motor- und Grabenfräsen, Gebläse, Roboter-Breaker und -Bagger oder dergleichen in Frage. Weiterhin ist die Erfindung auf dreiphasige Elektromotoren von Haushaltgeräten, wie Staubsauger, Mixer, etc. anwendbar. Unter dem Begriff elektrisches Bearbeitungsgerät können zudem elektromotorisch angetriebene Straßen- und Schienenfahrzeuge sowie Flugzeuge und Schiffe bzw. Boote verstanden werden.In the context of the invention, “electrical processing devices” should be understood to mean, among other things, battery-operated and/or mains-operated machine tools for processing workpieces using an electrically driven insert tool. The electrical processing device can be designed both as a hand-held power tool and as a stationary power tool. In this context, typical machine tools are hand-held or stationary drills, screwdrivers, percussion drills, planers, angle grinders, orbital grinders, polishing machines or the like. Garden and construction equipment driven by an electric motor, such as lawn mowers, lawn trimmers, pruning saws, engine and trench cutters, blowers, robot breaker and excavator or the like also come into consideration as electrical processing equipment. Furthermore, the invention can be applied to three-phase electric motors of household appliances such as vacuum cleaners, mixers, etc. The term electrical processing device can also be understood to mean road and rail vehicles driven by electric motors, as well as aircraft and ships or boats.

Unter einem „Betrieb mit einer ersten Versorgungsspannung“ bzw. einem „Netzbetrieb“ soll insbesondere ein Betrieb mit einer Wechselspannung (AC) im Bereich von ca. 110 bis 240 V verstanden werden. Für Industrieroboter, Straßen- und Schienenfahrzeuge sowie Flugzeuge und Schiffe kommen aber auch deutlich höhere Wechselspannungen von mehreren 1000 V in Betracht. Dabei sind die typischen Wechselspannungen primär von den länderspezifischen Werten und den Einsatzzwecken abhängig. Unter einem „Betrieb mit einer gegenüber der ersten Versorgungsspannung deutlich unterschiedlichen zweiten Versorgungsspannung“ bzw. einem „Akkubetrieb“ soll insbesondere ein Betrieb mit einer Gleichspannung (DC) im Bereich von 3,6 bis 180 V verstanden werden. Doch auch hier können für Fahrzeuge, Flugzeuge und Schiffe noch deutlich höhere Akkuspannungen von mehreren 100 V in Frage kommen. Die Gleichspannungswerte richten sich in erster Linie nach den typischen Zellspannungen von Li-Ionen-Zellen. Es kommen aber auch andere Zellspannungen für z.B. Pouch-Zellen und/oder Zellen mit anderer elektrochemischer Zusammensetzung in Frage. Zudem sei angemerkt, dass sich der Begriff „deutlich unterschiedliche Versorgungsspannung“ nicht nur auf die Amplitude, sondern auch auf die Frequenz der Versorgungsspannung beziehen kann. Für einen Akkubetrieb können sowohl austauschbare Wechselakkupacks als auch fest integrierte Akkus mit einer beliebigen Anzahl von Akkuzellen in Frage kommen. Über entsprechend ausgebildeten elektromechanischen Schnittstellen können die Wechselakkupacks mit dem elektrischen Bearbeitungsgerät kraft- und/oder formschlüssig lösbar verbunden werden. Unter einer „lösbaren Verbindung“ soll insbesondere eine werkzeuglos - also von Hand - lösbare und herstellbare Verbindung verstanden werden. Da der Fachmann derartige Akkus und Wechselakkupacks sowie die entsprechenden elektromechanischen Schnittstellen hinlänglich kennt, soll hierauf nicht weiter im Detail eingegangen werden. Die Begriffe Akku, Akkupack und Wechselakkupack sollen nachfolgend als Synonym verstanden werden, da sie für die Erfindung dieselbe Bedeutung haben.“Operation with a first supply voltage” or “mains operation” should be understood to mean, in particular, operation with an alternating current (AC) in the range from approx. 110 to 240 V. For industrial robots, road and rail vehicles as well as airplanes and ships, significantly higher AC voltages of several 1000 V can also be considered. The typical AC voltages are primarily dependent on the country-specific values and the intended use. “Operation with a second supply voltage that is significantly different from the first supply voltage” or “battery operation” should be understood to mean, in particular, operation with a direct voltage (DC) in the range from 3.6 to 180 V. But even here, significantly higher battery voltages of several 100 V can be considered for vehicles, airplanes and ships. The DC voltage values are primarily based on the typical cell voltages of Li-ion cells. However, other cell voltages are also possible, for example for pouch cells and/or cells with a different electrochemical composition. It should also be noted that the term "significantly different supply voltage" can refer not only to the amplitude but also to the frequency of the supply voltage. Both replaceable exchangeable battery packs and permanently integrated batteries with any number of battery cells can be considered for battery operation. The exchangeable battery packs can be detachably connected to the electrical processing device in a non-positive and/or positive manner via suitably designed electromechanical interfaces. A "releasable connection" is to be understood in particular as a connection that can be released and produced without tools, ie by hand. Since the person skilled in the art is sufficiently familiar with such rechargeable batteries and exchangeable rechargeable battery packs as well as the corresponding electromechanical interfaces, they will not be discussed in any further detail. The terms rechargeable battery, rechargeable battery pack and exchangeable rechargeable battery pack are to be understood below as synonyms, since they have the same meaning for the invention.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für einen Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung sämtliche Wicklungen eines Statorpols parallel und die Phasen in einer Dreieckschaltung geschaltet sind. Alternativ oder ergänzend ist vorgesehen, dass für einen Betrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung sämtliche Wicklungen eines Statorpols in Reihe und die Phasen in einer Sternschaltung geschaltet sind. Um somit immer alle Wicklungen des Stators gleichzeitig zu bestromen, kann der Elektromotor bei optimaler Ausnutzung des Bauraums und minimaler Wicklungsanzahl einerseits mit einer Sternschaltung der Phasen für die erste Versorgungsspannung und mit einer Dreieckschaltung der Phasen für die zumindest eine zweite Versorgungsspannung betrieben werden.In a further embodiment of the invention, it is provided that, for operation with the first supply voltage, all the windings of a stator pole are connected in parallel and the phases are connected in a delta circuit. Alternatively or additionally, it is provided that for operation with the at least one second supply voltage, all the windings of a stator pole are connected in series and the phases are connected in a star connection. In order to always energize all windings of the stator at the same time, the electric motor can be used with optimum utilization of the installation space and a minimum number of windings with a star connection of the phases for the first supply voltage and with a delta connection tion of the phases for the at least one second supply voltage are operated.

Die Anzahl der Wicklungen eines Statorpols des Elektromotors ist im Wesentlichen abhängig vom Verhältnis der ersten zu der zumindest einen zweiten Versorgungspannung. Bei einer ersten Versorgungsspannung, insbesondere einer Netzspannung, von beispielsweise 230 V AC, die gleichgerichtet typischerweise 300 V entspricht, und einer zweiten Versorgungsspannung, insbesondere einer Akkuspannung, von beispielsweise 36 V ergibt sich so eine Anzahl von 8 Wicklungen je Statorpol, was bei zwei Statorzähnen 4 Wicklungen pro Statorzahn entspricht. Mit besonderen Vorteil kann diese Anzahl im Falle einer Sternschaltung der Phasen weiter um einen Faktor 1,73 (Wurzel 3) reduziert werden, so dass für dasselbe Spannungsverhältnis pro Statorzahn dann nur noch zwei Wicklungen erforderlich sind.The number of windings of a stator pole of the electric motor is essentially dependent on the ratio of the first to the at least one second supply voltage. With a first supply voltage, in particular a mains voltage of, for example, 230 V AC, which typically corresponds to 300 V rectified, and a second supply voltage, in particular a battery voltage, of, for example, 36 V, this results in a number of 8 windings per stator pole, which with two stator teeth 4 windings per stator tooth. With particular advantage, this number can be further reduced by a factor of 1.73 (root 3) in the case of a star connection of the phases, so that only two windings are then required per stator tooth for the same voltage ratio.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Elektromotor bei Umschaltung der Wicklungen zwischen dem Betrieb mit der ersten und der zumindest einen zweiten Versorgungspannung sowohl mit in Sternschaltung als auch mit in Dreieckschaltung geschalteten Phasen mit im Wesentlichen gleicher Maximalleistung betreibbar ist.In a development of the invention, it is provided that the electric motor can be operated with substantially the same maximum power when the windings are switched between operation with the first and the at least one second supply voltage both with phases connected in a star connection and with phases connected in a delta connection.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Umschaltvorrichtung eine Mehrzahl erster Schaltelemente zur Reihenschaltung der Wicklungen der Statorzähne und eine Mehrzahl zweiter Schaltelemente zur Parallelschaltung der Wicklungen der Statorzähne aufweist. Dabei sind für jeden Statorpol mit jeweils M Statorzähnen und N Wicklungen je Statorzahn M * N - 1 erste Schaltelemente zur Reihenschaltung und M * (2N - 1) zweite Schaltelemente zur Parallelschaltung der insgesamt M * N Stator-Wicklungen vorgesehen. Bei einem dreiphasigen Stator mit drei Statorpolen, M = 2 Statorzähnen pro Statorpol und N = 2 Wicklungen pro Statorzahn ergeben sich auf diese Weise je Statorpol 2 * 2 - 1 = 3 erste und 2 * (4 - 1) = 6 zweite Schaltelemente. In Summe weist die Umschalteinrichtung daher 3 * 9 = 27 erste und zweite Schaltelemente auf. Zur Reihenschaltung der Wicklungen werden die ersten Schaltelemente der Umschaltvorrichtung geschlossen und die zweiten Schaltelemente geöffnet, während zur Parallelschaltung der Wicklungen in umgekehrter Weise die ersten Schaltelemente geöffnet und die zweiten Schaltelemente geschlossen werden.Furthermore, it is provided that the switching device according to the invention has a plurality of first switching elements for series connection of the windings of the stator teeth and a plurality of second switching elements for parallel connection of the windings of the stator teeth. For each stator pole with M stator teeth and N windings per stator tooth, M*N-1 first switching elements are provided for series connection and M*(2N-1) second switching elements for parallel connection of the total of M*N stator windings. In a three-phase stator with three stator poles, M=2 stator teeth per stator pole and N=2 windings per stator tooth, this results in 2*2−1=3 first and 2*(4−1)=6 second switching elements per stator pole. The switching device therefore has a total of 3*9=27 first and second switching elements. For the series connection of the windings, the first switching elements of the switching device are closed and the second switching elements are opened, while for the parallel connection of the windings, in the reverse manner, the first switching elements are opened and the second switching elements are closed.

Zum ergänzenden Schalten der Dreieck- oder Sternschaltung der Phasen ist je Statorpol zusätzlich noch ein drittes und ein viertes Schaltelement vorgesehen. Dabei werden zur Sternschaltung der Phasen die dritten Schaltelemente geschlossen und die vierten Schaltelemente geöffnet, während für die Dreieckschaltung der Phasen die dritten Schaltelemente geöffnet und die vierten Schaltelemente geschlossen werden. Zurückkommend auf das obige Beispiel eines dreiphasigen Elektromotors mit M = 2 Statorzähnen je Statorpol und N = 2 Wicklungen je Statorzahn ergeben sich so in Summe 27 + 6 = 33 erste, zweite, dritte und vierte Schaltelemente für die Umschaltvorrichtung. Zum Aktivieren der Reihenschaltung der Wicklungen in Verbindung mit einer Sternschaltung der Phasen werden dann alle ersten und dritten Schaltelemente geschlossen und alle zweiten und vierten Schaltelemente geöffnet. Zum Aktivieren der Parallelschaltung der Wicklungen in Kombination mit einer Dreieckschaltung der Phasen werden alle zweiten und vierten Schaltelemente geschlossen und alle ersten und dritten Schaltelemente geöffnet. Dies kann gleichzeitig erfolgen oder mit besonderem Vorteil zur Vermeidung von Kurzschlüssen mit einer Totzeit zwischen den Umschaltvorgängen.For additional switching of the delta or star connection of the phases, a third and fourth switching element is also provided for each stator pole. The third switching elements are closed and the fourth switching elements are opened for the star connection of the phases, while the third switching elements are opened and the fourth switching elements are closed for the delta connection of the phases. Coming back to the above example of a three-phase electric motor with M=2 stator teeth per stator pole and N=2 windings per stator tooth, this results in a total of 27+6=33 first, second, third and fourth switching elements for the switching device. In order to activate the series connection of the windings in conjunction with a star connection of the phases, all the first and third switching elements are then closed and all the second and fourth switching elements are opened. To activate the parallel connection of the windings in combination with a delta connection of the phases, all second and fourth switching elements are closed and all first and third switching elements are opened. This can be done simultaneously or with particular advantage to avoid short circuits with a dead time between the switching processes.

Um den Elektromotor auch in Ländern mit leicht abweichenden ersten Versorgungspannungen betreiben zu können (beispielsweise Japan, Australien, etc.), ist je Statorpol ein weiteres Schaltelement zur Reihenschaltung mit einer schaltbaren Last, insbesondere einem Leistungswiderstand, vorgesehen. So kann durch Aktivierung der Last auf sehr einfache Weise ein Betrieb mit 240 V statt 230 V oder mit 120 V statt 100 V realisiert werden.In order to be able to operate the electric motor in countries with slightly different first supply voltages (for example Japan, Australia, etc.), a further switching element for series connection with a switchable load, in particular a power resistor, is provided for each stator pole. By activating the load, operation with 240 V instead of 230 V or with 120 V instead of 100 V can be implemented very easily.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Umschaltvorrichtung zusätzliche Schaltelemente zur Umschaltung einer Lage- und/oder Drehzahlsensorik für den Rotor des Elektromotors in Abhängigkeit vom Betrieb des Elektromotors mit der ersten Versorgungsspannung oder mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung auf. Somit ist es möglich, die Lage- und/oder Drehzahlsensorik in besonders einfacher Weise an eine Steuer- oder Regelelektronik bzw. eine von dieser gesteuerten Leistungselektronik zum korrekten Betrieb des Elektromotors anzupassen.In a further embodiment, the switching device has additional switching elements for switching a position and/or speed sensor system for the rotor of the electric motor depending on the operation of the electric motor with the first supply voltage or with the at least one second supply voltage. It is thus possible to adapt the position and/or rotational speed sensors in a particularly simple manner to control or regulating electronics or power electronics controlled by them for correct operation of the electric motor.

Sämtliche Schaltelemente der Umschaltvorrichtung können als Halbleiter-Schalter, insbesondere als MOSFET, Feldeffekt-Transistor, IGBT, Bipolar-Transistor, oder dergleichen, oder auch als Relais ausgebildet sein. Ebenso sind je nach Anforderung an die Belastbarkeit und Schaltgeschwindigkeit auch Mischformen derart denkbar, dass beispielsweise die ersten und zweiten Schaltelemente als Halbleiter-Schalter und die dritten und vierten Schaltelemente als Relais ausgebildet sind.All switching elements of the switching device can be designed as semiconductor switches, in particular as MOSFETs, field effect transistors, IGBTs, bipolar transistors or the like, or as relays. Depending on the load capacity and switching speed requirements, mixed forms are also conceivable such that, for example, the first and second switching elements are in the form of semiconductor switches and the third and fourth switching elements are in the form of relays.

Um einen möglichst kompakten Elektromotor mit einfacher Austauschbarkeit zu ermöglichen, ist die Umschaltvorrichtung als eine modulare Baugruppe des Elektromotors ausgebildet.In order to enable an electric motor that is as compact as possible and easy to replace, the switching device is designed as a modular assembly of the electric motor.

Ferner ist vorgesehen, dass das elektrische Bearbeitungsgerät eine Steuer- oder Regelelektronik zur Ansteuerung der Umschaltvorrichtung aufweist. Zur Vermeidung von Kurzschlüssen und zur Erhöhung der Betriebssicherheit ist zudem vorgesehen, dass die Steuer- oder Regelelektronik jeweils die ersten und die zweiten sowie die dritten und die vierten Schaltelemente mit einer Totzeit schaltet. Sprich, die zweiten und/oder die vierten Schaltelemente werden erst geschlossen, nachdem die ersten bzw. die dritten Schaltelemente über die Dauer der Totzeit geöffnet waren, so dass für die Dauer der Totzeit alle Schaltelemente geöffnet sind. In analoger Weise werden die ersten und/oder die dritten Schaltelemente erst geschlossen, nachdem die zweiten bzw. die vierten Schaltelemente über die Dauer der Totzeit geöffnet waren. Als Totzeit kann je nach Schaltgeschwindigkeit der Schaltelemente eine Dauer von wenigen Millisekunden bis einige Sekunden in Frage kommen. Mit zunehmender Technologie-Entwicklung bei den Halbleitern-Schaltern, insbesondere bei den MOSFET, IGBT, etc., sind aber auch Totzeiten von deutlich unter einer Millisekunde im Nanosekundenbereich denkbar. Im Falle einer elektromechanisch ausgestalten Umschaltvorrichtung hängen die Totzeiten dagegen auch von der Umschaltgeschwindigkeit des Bedieners ab.Furthermore, it is provided that the electrical processing device has control or regulating electronics for controlling the switching device. In order to avoid short circuits and to increase operational reliability, it is also provided that the control or regulating electronics switch the first and the second as well as the third and the fourth switching elements with a dead time. In other words, the second and/or fourth switching elements are only closed after the first or third switching elements have been open for the duration of the dead time, so that all switching elements are open for the duration of the dead time. In an analogous manner, the first and/or the third switching elements are only closed after the second or the fourth switching elements have been open for the duration of the dead time. Depending on the switching speed of the switching elements, the dead time can range from a few milliseconds to a few seconds. With increasing technology development in the semiconductor switches, in particular in the MOSFET, IGBT, etc., however, dead times of well under a millisecond in the nanosecond range are also conceivable. In contrast, in the case of an electromechanically designed switching device, the dead times also depend on the switching speed of the operator.

Der Umschaltvorrichtung ist eine Leistungsbrücke zur Ansteuerung der einzelnen Wicklungen des Stators des Elektromotors per Pulsweitenmodulation (PWM) vorgeschaltet. Dazu ist die Leistungsbrücke in der Regel für jede Phase bzw. jeden Statorpol als eine H-Brücke ausgebildet. Über die Leistungsbrücke kann der Elektromotor insbesondere mit unterschiedlichen Drehzahlen und/oder Drehmomenten angesteuert werden. Es kommen aber auch B6-Schaltungen oder dergleichen als Leistungsbrücke in Frage.A power bridge for controlling the individual windings of the stator of the electric motor via pulse width modulation (PWM) is connected upstream of the switching device. For this purpose, the power bridge is generally designed as an H-bridge for each phase or each stator pole. The electric motor can be controlled in particular with different speeds and/or torques via the power bridge. However, B6 circuits or the like can also be used as a power bridge.

Die Umschaltvorrichtung, die Leistungsbrücke sowie etwaige weitere elektrische Bauelement zur Gleichrichtung, Spannungswandlung, Siebung und/oder Endstörung der ersten und der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung bilden zusammen eine Leistungselektronik. Unter dem Begriff „Leistungselektronik“ soll daher der Teil der den Elektromotor ansteuernden Elektronik verstanden werden, der primär die Wicklungsströme aufnimmt. Somit unterscheidet sich die Leistungselektronik von der sie ansteuernden Steuer- bzw. Regelelektronik. In der Regel ist die Leistungselektronik im elektrischen Bearbeitungsgerät verbaut und kann so spezifisch auf den jeweiligen Bedarf des Geräts angepasst werden. So sind Über- oder Unterdimensionierungen der Leistungselektronik vermeidbar. Bearbeitungsgeräte mit hohem Energiebedarf (z.B. Winkelschleifer, große Bohr- und Abrisshämmer, professionelle Küchenmaschinen etc.) erhalten beispielsweise eine entsprechend leistungsfähige Leistungselektronik, während bei Bearbeitungsgeräten mit eher kleinem Energiebedarf (z.B. Schrauber, Pürierstab, etc.) eine kostengünstige und deutlich geringer belastbare Leistungselektronik zum Einsatz kommen kann. Insbesondere bei Akkugeräten ist dann keine aufwändige Leistungselektronik z.B. in Form eines DC/DC-Wandlers mit einem großen Verhältnis zwischen der Eingangs- und der Ausgangsspannung mehr erforderlich, was einen kompakten Gesamt-Antriebsstrang zur Folge hat.The switching device, the power bridge and any other electrical components for rectifying, voltage conversion, filtering and/or end interference of the first and the at least one second supply voltage together form power electronics. The term "power electronics" should therefore be understood to mean the part of the electronics that controls the electric motor, which primarily absorbs the winding currents. The power electronics therefore differ from the control and regulation electronics that actuate them. As a rule, the power electronics are installed in the electrical processing device and can thus be specifically adapted to the respective requirements of the device. In this way, over- or under-dimensioning of the power electronics can be avoided. Processing devices with a high energy requirement (e.g. angle grinders, large rotary and demolition hammers, professional kitchen appliances, etc.), for example, have correspondingly powerful power electronics, while processing devices with a rather low energy requirement (e.g. screwdrivers, hand blender, etc.) have cost-effective and significantly less resilient power electronics can be used. In the case of battery-powered devices in particular, complex power electronics, e.g. in the form of a DC/DC converter with a large ratio between the input and output voltage, are then no longer required, resulting in a compact overall drive train.

Durch die Möglichkeit, je nach Bedarf auf einzelne Komponenten im elektronischen Bearbeitungsgerät verzichten zu können, ergibt sich ein modulares Gesamtkonzept insbesondere aus Leistungsbrücke, Umschaltvorrichtung und Elektromotor für die folgenden Anwendungsfälle:

  • • Multispannungsgeräte für Hybrid-Betrieb (Akku- und/oder Netzbetrieb): das elektrische Bearbeitungsgerät kann wahlweise für einen Netzbetrieb mit mehreren ersten Versorgungsspannungen bzw. einer Zwischenspannung und zumindest einer ersten Versorgungsspannung von z.B. 120 V und 230 V und/oder für einen Akkubetrieb mit mehreren zweiten Versorgungsspannungen von z.B. 18 V, 36 V oder 72 V ausgelegt sein.
  • • Multispannungsgeräte für Netzbetrieb: das elektrische Bearbeitungsgerät kann für einen Netzbetrieb mit mehreren ersten Versorgungsspannungen bzw. einer Zwischenspannung und zumindest einer ersten Versorgungsspannung von z.B. 120 V und 230 V ausgelegt sein. Somit kann auf den DC-Teil der Leistungselektronik verzichtet werden.
  • • Multispannungsgeräte für Akkubetrieb: das elektrische Bearbeitungsgerät kann für einen Akkubetrieb mit mehreren zweiten Versorgungsspannungen von z.B. 18 V, 36 V oder 72 V ausgelegt sein, so dass auf den AC-Teil der Leistungselektronik verzichtet werden kann.
  • • Dualspannungsgeräte für Hybrid-Betrieb (Akku- und/oder Netzbetrieb): das elektrische Bearbeitungsgerät kann wahlweise für einen Netzbetrieb mit einer ersten Versorgungsspannung von z.B. 230 V oder für einen Akkubetrieb mit einer zweiten Versorgungsspannung von z.B. 36 V ausgelegt sein. Dies ermöglicht den Einsatz einer einfacheren Leistungselektronik für eine reduzierte Anzahl von Reihen- bzw. Parallelverschaltungen der Wicklungen je Statorpol.
  • • Einzelspannungsgeräte für Netzbetrieb, z.B. 230 V.
  • • Einzelspannungsgeräte für Akkubetrieb, z.B. 36 V.
The possibility of being able to do without individual components in the electronic processing device, depending on requirements, results in a modular overall concept, in particular from a power bridge, switching device and electric motor for the following applications:
  • • Multi-voltage devices for hybrid operation (battery and/or mains operation): the electrical processing device can optionally be used for mains operation with several first supply voltages or an intermediate voltage and at least one first supply voltage of e.g. 120 V and 230 V and/or for battery operation be designed several second supply voltages of 18 V, 36 V or 72 V, for example.
  • • Multi-voltage devices for mains operation: the electrical processing device can be designed for mains operation with a plurality of first supply voltages or an intermediate voltage and at least one first supply voltage of, for example, 120 V and 230 V. This means that the DC part of the power electronics can be dispensed with.
  • • Multi-voltage devices for battery operation: the electrical processing device can be designed for battery operation with several second supply voltages of eg 18 V, 36 V or 72 V, so that the AC part of the power electronics can be dispensed with.
  • • Dual-voltage devices for hybrid operation (battery and/or mains operation): the electrical processing device can be designed either for mains operation with a first supply voltage of, for example, 230 V or for battery operation with a second supply voltage of, for example, 36 V. This enables the use of simpler power electronics for a reduced number of series or parallel connections of the windings per stator pole.
  • • Single voltage devices for mains operation, eg 230 V.
  • • Single voltage devices for battery operation, e.g. 36 V.

Weitere Möglichkeiten zur Erzeugung des Anforderungssignals für die Umschaltung zwischen den Betriebsarten des Elektromotors werden nachfolgend in den Ausführungsbeispielen beschrieben.Further options for generating the request signal for switching between the operating modes of the electric motor are described below in the exemplary embodiments.

Ausführungsbeispieleexemplary embodiments

Figurenlistecharacter list

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 22 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten.The invention is based on the 1 until 22 explained by way of example, with the same reference symbols in the figures indicating the same components with the same functionality.

Es zeigen

  • 1: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines handgehaltenen Drehschlagschraubers,
  • 2: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Elektromotors mit einem vier Wicklungen tragenden Statorzahn,
  • 3: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Elektromotors mit einem zwei Wicklungen tragenden Statorzahn,
  • 4: ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Elektromotors für eine Parallelschaltung der vier Wicklungen eines Statorpols und eine Dreieckschaltung der drei Phasen des Elektromotors,
  • 5: ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Elektromotors für eine Reihenschaltung der vier Wicklungen eines Statorpols und eine Sternschaltung der drei Phasen des Elektromotors,
  • 6: ein Blockschalbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung für den Elektromotor gemäß der 3 bis 5,
  • 7: eine Explosionszeichnung des erfindungsgemäßen Elektromotors mit einer erfindungsgemäßen, elektromechanischen Umschaltvorrichtung,
  • 8: Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße, elektromechanische Umschaltvorrichtung mit einem verdrehbar ausgestalteten Träger,
  • 9: Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße, elektromechanische Umschaltvorrichtung mit einem verschiebbar ausgestalteten Träger,
  • 10: weitere Ausführungsbeispiele für einen verschiebbaren Träger der erfindungsgemäßen, elektromechanischen Umschaltvorrichtung,
  • 11: ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen verdrehbaren Träger der erfindungsgemäßen, elektromechanischen Umschaltvorrichtung,
  • 12: ein schematisches Blockschaltbild für das erfindungsgemäße elektrische Bearbeitungsgerät,
  • 13: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Abrisshammers,
  • 14: eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Abrisshammers,
  • 15: Ausführungsbeispiele für eine vibrationsentkoppelte Lagerung der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung mit druckbelasteten Dämpfungselementen in Form von Gummidämpfern,
  • 16: Ausführungsbeispiele für eine vibrationsentkoppelte Lagerung der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung mit zugbelasteten Dämpfungselementen in Form von Gummidämpfern,
  • 17: Ausführungsbeispiele für eine vibrationsentkoppelte Lagerung der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung mit druckbelasteten Dämpfungselementen in Form von Federdämpfern,
  • 18: Ausführungsbeispiele für eine vibrationsentkoppelte Lagerung der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung mit zugbelasteten Dämpfungselementen in Form von Federdämpfern,
  • 19: eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Bohrhammers,
  • 20: eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Winkelschleifers,
  • 21: eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Industriestaubsaugers und
  • 22: eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Rasenmähers.
Show it
  • 1 : a schematic representation of a first exemplary embodiment of an electrical processing device according to the invention in the form of a hand-held impact wrench,
  • 2 : a schematic representation of a first exemplary embodiment of an electric motor according to the invention with a stator tooth carrying four windings,
  • 3 : a schematic representation of a second exemplary embodiment of the electric motor according to the invention with a stator tooth carrying two windings,
  • 4 : a circuit diagram of an embodiment of the electric motor according to the invention for a parallel connection of the four windings of a stator pole and a delta connection of the three phases of the electric motor,
  • 5 : a circuit diagram of an embodiment of the electric motor according to the invention for a series connection of the four windings of a stator pole and a star connection of the three phases of the electric motor,
  • 6 : a block diagram of an embodiment of the switching device according to the invention for the electric motor according to FIG 3 until 5 ,
  • 7 : an exploded drawing of the electric motor according to the invention with an electromechanical switching device according to the invention,
  • 8th : Exemplary embodiments of the electromechanical switching device according to the invention with a rotatable support,
  • 9 : Exemplary embodiments of the electromechanical switching device according to the invention with a displaceable carrier,
  • 10 : further exemplary embodiments for a displaceable carrier of the electromechanical switching device according to the invention,
  • 11 : another embodiment of a rotatable support of the electromechanical switching device according to the invention,
  • 12 : a schematic block diagram for the electrical processing device according to the invention,
  • 13 : a schematic representation of a second embodiment of the electrical processing device according to the invention in the form of a demolition hammer,
  • 14 : a schematic representation of a third exemplary embodiment of the electrical processing device according to the invention in the form of a demolition hammer,
  • 15 : Exemplary embodiments for a vibration-decoupled mounting of the switching device according to the invention with pressure-loaded damping elements in the form of rubber dampers,
  • 16 : Exemplary embodiments for a vibration-decoupled mounting of the switching device according to the invention with tensile-loaded damping elements in the form of rubber dampers,
  • 17 : Exemplary embodiments for a vibration-decoupled mounting of the switching device according to the invention with pressure-loaded damping elements in the form of spring dampers,
  • 18 : Exemplary embodiments for a vibration-decoupled mounting of the switching device according to the invention with tensile-loaded damping elements in the form of spring dampers,
  • 19 : a schematic representation of a fourth embodiment of the electrical processing device according to the invention in the form of a hammer drill,
  • 20 : a schematic representation of a fifth exemplary embodiment of the electrical processing device according to the invention in the form of an angle grinder,
  • 21 : a schematic representation of a sixth embodiment of the electrical processing device according to the invention in the form of an industrial vacuum cleaner and
  • 22 : a schematic representation of a seventh embodiment of the electrical processing device according to the invention in the form of a lawnmower.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

1 zeigt beispielhaft ein als Drehschlagschrauber ausgebildetes elektrisches Bearbeitungsgerät 10 mit einem dreiphasigen Elektromotor 12. Der Drehschlagschrauber weist ein Gehäuse 14 mit einem Handgriff 16 sowie eine Werkzeugaufnahme 18 auf und ist wahlweise zur netzunabhängigen Stromversorgung mechanisch und elektrisch über entsprechend ausgebildete elektromechanische Schnittstellen 19 kraft- und/oder formschlüssig lösbar mit einem Akkupack 20 oder zur netzabhängigen Stromversorgung über ein Netzkabel 22 mit einem nicht gezeigten aber dem Fachmann bekannten Stromnetz verbindbar. Im vorliegenden Beispiel besitzt das Stromnetz eine erste Versorgungsspannung UH von 230 V AC (50 Hz) und der Akkupack 20 eine gegenüber der ersten Versorgungsspannung deutlich unterschiedliche zweite Versorgungsspannung UL von 36 V DC. Mit besonderem Vorteil kann die Erfindung aber auch auf elektrische Bearbeitungsgeräte mit Akkus und Netzversorgungen anderer Spannungs- und Leistungsklassen angewendet werden. Zudem sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung weder auf Drehschlagschrauber noch auf Handwerkzeugmaschinen im Allgemeinen beschränkt ist, sondern - wie bereits eingangs erwähnt - bei unterschiedlichen netzunabhängigen und/oder netzabhängigen elektrischen Bearbeitungsgeräten Anwendung finden kann. 1 shows an example of an electrical processing device 10 designed as an impact wrench with a three-phase electric motor 12. The impact wrench has a housing 14 with a handle 16 and a tool holder 18 and can optionally be powered and/or powered mechanically and electrically via appropriately designed electromechanical interfaces 19 for mains-independent power supply positively detachable with a battery pack 20 or connected to the mains-dependent power supply via a mains cable 22 with a power supply system, not shown but known to those skilled in the art. In the present example, the power grid has a first supply voltage U H of 230 V AC (50 Hz) and the battery pack 20 has a significantly different second supply voltage U L of 36 V DC than the first supply voltage. However, the invention can also be applied with particular advantage to electrical processing devices with rechargeable batteries and mains supplies of other voltage and power classes. In addition, it should be pointed out that the invention is neither limited to rotary impact wrenches nor to hand-held power tools in general, but—as already mentioned—can be used with different mains-independent and/or mains-dependent electrical processing devices.

In dem Gehäuse 14 sind exemplarisch der von dem Akkupack 20 bzw. über das Netzkabel 22 mit Strom versorgte Elektromotor 12 samt einem Getriebe 24 und einem Schlagwerk 26 angeordnet. Der Elektromotor 12 ist über einen Hauptschalter 28 betätigbar, d.h. ein- und ausschaltbar sowie in seiner Drehzahl und/oder seinem Drehmoment veränderbar. Der Elektromotor 12 und das Getriebe 24 können alternativ auch in einem gemeinsamen Subgehäuse oder in separaten Motor- und Getriebegehäusen angeordnet sein, die ihrerseits im Gehäuse 14 aufgenommen sind. Das Schlagwerk 26 wird über eine Motorwelle 30 des Elektromotors 12 angetrieben und ist beispielhaft als ein Dreh- bzw. Rotationsschlagwerk ausgebildet, das schlagartige Drehimpulse mit hoher Intensität erzeugt und auf die Werkzeugaufnahme 18 überträgt, die zur wechselbaren Aufnahme eines Einsatzwerkzeugs 32 dient. Da die Werkzeugaufnahme 18 und das Einsatzwerkzeug 32 für die Erfindung als solche ohne Bedeutung sind, soll hierauf nicht näher eingegangen werden. Die möglichen Ausgestaltungsformen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.The electric motor 12 , which is supplied with power by the battery pack 20 or via the mains cable 22 , together with a gear 24 and an impact mechanism 26 are arranged in the housing 14 , for example. The electric motor 12 can be actuated via a main switch 28, i.e. it can be switched on and off and its speed and/or torque can be changed. Alternatively, the electric motor 12 and the transmission 24 can also be arranged in a common sub-housing or in separate motor and transmission housings, which in turn are accommodated in the housing 14 . Impact mechanism 26 is driven via a motor shaft 30 of electric motor 12 and is designed, for example, as a rotary impact mechanism that generates high-intensity abrupt angular momentum and transmits it to tool holder 18, which is used to exchangeably accommodate an insert tool 32. Since the tool holder 18 and the insert tool 32 as such are irrelevant to the invention, they will not be discussed in any more detail. The possible configurations are well known to those skilled in the art.

Der Elektromotor 12 wird von einer Leistungsbrücke 34 einer Leistungselektronik 36 mit einer pulsweitenmodulierten Motorspannung UM beaufschlagt. Dazu weist die Leistungsbrücke 34 diverse Leistungstransistoren (z.B. Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren, IGBT, oder dergleichen) auf, die je nach Ausführung des Elektromotors 12 z.B. als H-Brücke, B6-Brücke oder dergleichen verschaltet sein können. Eine Steuer- oder Regelelektronik 38 steuert die einzelnen Leistungstransistoren der Leistungsbrücke 34 entsprechend einem durch den Hauptschalter 28 vorgegebenen Signal zur Erzeugung der PWM-Spannung UM an. Da dem Fachmann die unterschiedlichen Ausgestaltungsmöglichkeiten der Leistungsbrücke 34 sowie der Steuer- oder Regelelektronik 38 bekannt sind, soll hierauf nicht näher eingegangen werden. Die Steuer- oder Regelelektronik kann beispielsweise als ein Mikrocontroller, DSP, ASIC oder dergleichen ausgebildet sein.The electric motor 12 is acted upon by a power bridge 34 of power electronics 36 with a pulse width modulated motor voltage U M . For this purpose, the power bridge 34 has various power transistors (eg bipolar transistors, field effect transistors, IGBT, or the like) which, depending on the design of the electric motor 12, can be connected eg as an H bridge, B6 bridge or the like. An electronic control or regulation system 38 controls the individual power transistors of the power bridge 34 in accordance with a signal specified by the main switch 28 in order to generate the PWM voltage U M . Since the person skilled in the art is familiar with the different possible configurations of the power bridge 34 and the control or regulating electronics 38, they will not be discussed in any more detail. The control or regulation electronics can be designed, for example, as a microcontroller, DSP, ASIC or the like.

Mit Bezug auf 2 umfasst der dreiphasige Elektromotor 12 einen innenliegenden Rotor 40 und einen außenliegenden Stator 42 mit drei Statorpolen 44. Jeder Statorpol 44I, 44II, 44III weist im gezeigten Ausführungsbeispiel M = 2 Statorzähne 46 auf, die sich über den Umfang des Stators 42 diametral gegenüberliegend verteilen. Jeder Statorzahn 46I, 46II weist seinerseits eine Mehrzahl N = 4 Wicklungen 48 zum Antrieb des Rotors 40 auf. Die einzelnen Wicklungen 48I, 48II, 48III, 48IV können sich in ihrer Art, d.h. in der Anzahl ihrer Windungen, in ihrem Querschnitt und/oder in ihrem Material, unterscheiden. Sie können aber auch gleichartig ausgestaltet sein. Um den Stator 42 zu magnetisieren und somit den Rotor 40 in eine Drehbewegung zu versetzen, fließt jeweils ein Strom In durch die N = 4 Wicklungen 48 des entsprechenden Statorzahns 46I, 46II des Statorpols 44I, 44II, 44III. Die auf diese Weise erzeugten Magnetfelder Bn sind proportional zu den Strömen In und der Anzahl der Windungen der einzelnen Wicklungen 48. Somit kann eine Wicklung mit wenigen Windungen und hohem Querschnitt, durch die ein hoher Strom fließt, das gleiche Magnetfeld erzeugen, wie eine Wicklung mit vielen Windungen und kleinem Querschnitt, durch die ein deutlich geringerer Strom fließt. Die einzelnen Magnetfelder Bn im Statorzahn 46I, 46" addieren sich schließlich zu einem Gesamtmagnetfeld B = ∑n=1 N Bn, das den Rotor 40 antreibt.Regarding 2 the three-phase electric motor 12 includes an internal rotor 40 and an external stator 42 with three stator poles 44. Each stator pole 44 I , 44 II , 44 III has in the exemplary embodiment shown M=2 stator teeth 46, which are diametrically opposite over the circumference of the stator 42 to distribute. Each stator tooth 46 I , 46 II in turn has a plurality N=4 windings 48 for driving the rotor 40 . The individual windings 48 I , 48 II , 48 III , 48 IV can differ in their type, ie in the number of turns, in their cross section and/or in their material. However, they can also be designed in the same way. In order to magnetize the stator 42 and thus cause the rotor 40 to rotate, a current I n flows through the N=4 windings 48 of the corresponding stator tooth 46 I , 46 II of the stator pole 44 I , 44 II , 44 III . The magnetic fields B n produced in this way are proportional to the currents I n and the number of turns of the individual windings 48. Thus, a winding with few turns and a high cross section through which a high current flows can produce the same magnetic field as a Winding with many turns and a small cross-section through which a significantly lower current flows. The individual magnetic fields B n in the stator tooth 46 I , 46" finally add up to form a total magnetic field B=Δn =1 N B n that drives the rotor 40 .

Zurückkommend auf 1 kann das elektrische Bearbeitungsgerät 10 von einem Bediener wahlweise mit der ersten Versorgungsspannung UH von 230 V AC (50 Hz) oder mit der gegenüber der ersten Versorgungsspannung deutlich unterschiedlichen zweiten Versorgungsspannung UL von 36 V DC betrieben werden. Die Umschaltung des Elektromotors 12 zwischen dem Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und dem Betrieb mit der zweiten Versorgungsspannung UL erfolgt derart, dass eine Umschaltvorrichtung 50 der Leistungselektronik 36 die N = 4 Wicklungen 48 eines Statorzahns 46 des Elektromotors 12 für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH oder der zweiten Versorgungsspannung UL in Reihe und/oder parallelschaltet. Bei M * N in Reihe geschalteten gleichartigen Wicklungen 48 eines Statorpols 344I, 44II, 44III kann der Elektromotor 12 somit gegenüber M * N parallelgeschalten Wicklungen 48 mit (M * N)-fach so hoher Versorgungsspannung betrieben werden, während im Parallelbetrieb ein (M * N)-fach so hoher Gesamtstrom gegenüber der Reihenschaltung fließen kann. Die Umschaltvorrichtung 50 kann elektronisch oder elektromechanisch ausgestaltet sein. Hierauf wird nachfolgend im Zusammenhang mit den 6 bis 11 noch näher eingegangen.coming back on 1 the electrical processing device 10 can be operated by an operator either with the first supply voltage U H of 230 V AC (50 Hz) or with the second supply voltage U L of 36 V DC, which is significantly different from the first supply voltage. Electric motor 12 is switched over between operation with the first supply voltage U H and operation with the second supply voltage U L in such a way that a switching device 50 in power electronics 36 switches the N = 4 windings 48 of a stator tooth 46 of electric motor 12 for operation with the first supply voltage U H or the second Versor supply voltage U L in series and/or in parallel. With M * N series-connected identical windings 48 of a stator pole 344 I , 44 II , 44 III , the electric motor 12 can thus be operated with (M * N) times the supply voltage compared to M * N parallel-connected windings 48, while in parallel operation a (M * N) times the total current can flow compared to the series connection. The switching device 50 can be configured electronically or electromechanically. This is explained below in connection with the 6 until 11 even more detailed.

Die Umschaltung zwischen den Betriebsarten des Elektromotos 12 kann entweder manuell durch einen vom Bediener betätigbaren Betriebsartenschalter 52 und/oder automatisch mittels einer Sensorik 54 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 erfolgen. Dabei kann die Steuer- oder Regelelektronik 38 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 ein Anforderungssignal des Betriebsartenschalters 52 bzw. der Sensorik 54 zur Umschaltung zwischen den Betriebsarten des Elektromotors 12 auswerten und die Umschaltvorrichtung 50 zur Parallel- und/oder Reihenschaltung der entsprechenden Wicklungen 48 ansteuern. Ist die Umschaltvorrichtung 50 elektromechanisch aufgebaut, so ist es alternativ auch denkbar, dass der Betriebsartenschalter 52 mechanisch mit der Umschaltvorrichtung 50 gekoppelt ist und diese direkt verstellt.Switching between the operating modes of the electric motor 12 can take place either manually by means of an operating mode switch 52 that can be actuated by the operator and/or automatically by means of a sensor system 54 of the electrical processing device 10 . The control or regulating electronics 38 of the electrical processing device 10 can evaluate a request signal from the operating mode switch 52 or the sensor system 54 for switching between the operating modes of the electric motor 12 and control the switching device 50 for parallel and/or series connection of the corresponding windings 48. If the switching device 50 is constructed electromechanically, it is alternatively also conceivable that the operating mode switch 52 is mechanically coupled to the switching device 50 and adjusts it directly.

Die Erzeugung des Anforderungssignals kann beispielsweise über eine Abdeckklappe 56 für einen Netzanschluss 58 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 erfolgen. Diese ist bei Akkubetrieb geschlossen und bei Netzbetrieb infolge eines eingesteckten Netzsteckers 60 des Netzkabels 22 geöffnet. Mittels der Sensorik 54, beispielsweise in Form eines Reed-Kontakts oder Microschalters, wird die Stellung der Abdeckklappe 56 erfasst und das entsprechende Anforderungssignal zum Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH an die Steuer- oder Regelelektronik 38 gesendet. Ein Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH hat dabei trotz eingeschobenem Akkupack 20 Vorrang gegenüber dem Betrieb mit der zweiten Versorgungsspannung UL. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Spannungsversorgung mit der höchsten Leistungsfähigkeit Vorrang hat. Die Leistungselektronik 36 teilt sich dazu auf in eine erste Leistungselektronik 36H für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und in zumindest eine zweiten Leistungselektronik 36L für den Betrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL. In besonders vorteilhafter Weise sind die beiden Leistungselektroniken 36H, 36L galvanisch voneinander getrennt. Hierauf soll später noch näher mit Bezug auf 12 eingegangen werden. Um einerseits den Bediener vor Spannungsschlägen offen liegender und unter Spannung stehenden elektrischer Kontakte und andererseits das elektrische Bearbeitungsgerät 10 vor Kurzschlüssen durch offen liegende Kontakte zu schützen, ist ferner vorgesehen, dass im Falle des Netzbetriebs die elektrischen Kontakte der ungenutzten elektromechanischen Schnittstelle 19 für den Akkupack 20 und im Falle des Akkubetriebs die elektrischen Kontakte des ungenutzten Netzanschlusses 58 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 galvanisch getrennt werden. Diese galvanische Trennung kann durch nicht näher gezeigte Schaltelemente der Umschaltvorrichtung 50 erfolgen, die im Falle einer elektromechanischen Ausgestaltung der Umschaltvorrichtung 50 entsprechende Luft- und Kriechstrecken aufweisen. Alternativ oder ergänzend ist es zudem möglich, die jeweils ungenutzten Anschlüsse 19 bzw. 58 mechanisch abzudecken. So kann im Falle des Akkubetriebs beispielsweise die Abdeckklappe 56 des Netzanschlusses 58 elektromechanisch verriegelt werden bzw. eine Nutzung des elektrischen Arbeitsgeräts 10 erst dann freigegeben werden, wenn die Abdeckklappe 56 verriegelt ist. Entsprechend ist eine Verriegelung der elektromechanischen Schnittstelle 19 für den Akkupack 20 denkbar, wobei es hier auch genügen könnte, nur die einzelnen elektrischen Kontakte der Schnittstelle 19 beispielsweise mit verschiebbaren Kunststoffkappen oder dergleichen abzudecken.The request signal can be generated, for example, via a cover flap 56 for a mains connection 58 of the electrical processing device 10 . This is closed during battery operation and open during mains operation as a result of an inserted mains plug 60 of the mains cable 22 . The position of the cover flap 56 is detected by means of the sensors 54, for example in the form of a reed contact or microswitch, and the corresponding request signal for operation with the first supply voltage U H is sent to the control or regulating electronics 38. Operation with the first supply voltage U H has priority over operation with the second supply voltage U L despite the inserted battery pack 20 . Alternatively, it is also conceivable that the power supply with the highest performance has priority. For this purpose, the power electronics 36 is divided into first power electronics 36 H for operation with the first supply voltage U H and at least one second power electronics 36 L for operation with the at least one second supply voltage U L . In a particularly advantageous manner, the two electronic power units 36H , 36L are electrically isolated from one another. This will be discussed in more detail later with reference to 12 To be received. In order to protect the operator from voltage surges from exposed and live electrical contacts on the one hand and the electrical processing device 10 from short circuits caused by exposed contacts on the other hand, it is also provided that in the case of mains operation the electrical contacts of the unused electromechanical interface 19 for the battery pack 20 and in the case of battery operation, the electrical contacts of the unused mains connection 58 of the electrical processing device 10 are electrically isolated. This galvanic separation can be effected by switching elements of the switching device 50 (not shown in detail) which, in the case of an electromechanical configuration of the switching device 50, have corresponding clearances and creepage distances. Alternatively or in addition, it is also possible to mechanically cover the respective unused connections 19 or 58 . In the case of battery operation, for example, the cover flap 56 of the mains connection 58 can be locked electromechanically or use of the electrical working device 10 can only be released when the cover flap 56 is locked. Correspondingly, a locking of the electromechanical interface 19 for the battery pack 20 is conceivable, in which case it could also be sufficient here to cover only the individual electrical contacts of the interface 19, for example with sliding plastic caps or the like.

Die Erzeugung des Anforderungssignals bzw. die Detektion der gewünschten Betriebsart kann auf verschiedene weitere Weisen realisiert werden. Beispielsweise könnte sie auch mittels eines Human Machine Interfaces (HMI) in Gestalt eines Bedienpanels oder eines Touchdisplays am elektrischen Bearbeitungsgerät 10 erfolgen, das der Bediener entsprechend zu betätigen hat. Ein derartiges HMI kann zusätzlich auch als Anzeige für den mittels der Umschaltvorrichtung 50 eingestellten Betriebsmodus dienen. Selbstverständlich kann die Umschaltvorrichtung 50 auch selbst eine entsprechende Anzeige, beispielsweise in Form einer LED oder dergleichen aufweisen. Ergänzend oder alternativ wäre eine Steuerung per App über eine kabellose Schnittstelle per WLAN, Bluetooth oder dergleichen am elektrischen Bearbeitungsgerät 10 denkbar. Auch ein Schalter oder Taster am Netzkabel 22 wäre möglich. Weitere Lösungen zur Umschaltung der Betriebsart des Elektromotos 12 könnten durch einen RFID-Tag am Netzkabel 22, durch eine direkte Sensierung der Versorgungsspannung im elektrischen Bearbeitungsgerät 10 z.B. mittels Step-Up- und/oder Step-Down-Konverter oder durch eine Kodierung im Akkupack 20 realisiert sein. Für den Fall, dass sowohl das Netzkabel 22 als auch der Akkupack 20 mit dem elektrischen Bearbeitungsgerät 10 verbunden ist, könnte die Spannungsversorgung mit der höchsten Leistungsfähigkeit (sehr leistungsfähige Akkupacks haben teilweise eine höhere Stromlieferfähigkeit als eine Versorgung über das Stromnetz) oder grundsätzlich die Netzspannung Vorrang haben. Eine entsprechende Einstellung der Prioritäten kann beispielsweise in einer App vorgenommen werden. Weiterhin kann auch automatisch zwischen beiden Betriebsarten gewechselt werden, wenn z.B. die Netzversorgung bei eingestecktem Akkupack 20 abreißt oder umgekehrt ein eingesteckter Akkupack 20 weitestgehend entladen wurde.The generation of the request signal or the detection of the desired operating mode can be implemented in various other ways. For example, it could also be done using a human-machine interface (HMI) in the form of a control panel or a touch display on the electrical processing device 10, which the operator has to actuate accordingly. Such an HMI can also serve as a display for the operating mode set using the switching device 50 . Of course, the switching device 50 itself can also have a corresponding display, for example in the form of an LED or the like. In addition or as an alternative, control via an app via a wireless interface via WLAN, Bluetooth or the like on the electrical processing device 10 would be conceivable. A switch or button on the power cord 22 would also be possible. Other solutions for switching the operating mode of electric motor 12 could be an RFID tag on power cord 22, direct sensing of the supply voltage in electrical processing device 10, e.g. using a step-up and/or step-down converter, or coding in battery pack 20 be realised. In the event that both the mains cable 22 and the battery pack 20 are connected to the electrical processing device 10, the power supply with the highest capacity (very powerful battery packs sometimes have a higher current delivery capacity than a supply from the mains) or basically the mains voltage have priority. A corresponding setting of the priorities can be made in an app, for example. Furthermore, it is also possible to switch automatically between the two operating modes if, for example, the mains supply breaks off when the battery pack 20 is plugged in or, conversely, an inserted battery pack 20 has been largely discharged.

Denkbar sind auch Sicherheitsfeatures, wie eine automatische oder manuelle Umschaltung auf Netzbetrieb im Falle des Transports des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 mit einem oder mehreren eingestecktem Akkupacks 20. Eine manuelle Umschaltung in einen Transportmodus erfolgt dabei beispielsweise durch den Bediener per Betriebsartenschalter 52 oder HMI; eine automatische Umschaltung erfolgt bei längerer Nichtbenutzung durch einen im elektrischen Bearbeitungsgerät 10 integrierten Bewegungs- oder Beschleunigungssensor. Wird das elektrische Bearbeitungsgerät 10 mit mehreren in Reihe geschalteten Akkupacks 20 (z.B. 2 x 18 V) transportiert, so ist auch eine galvanische Trennung der einzelnen Akkupacks 20 denkbar, um damit entsprechenden Transportnormen gerecht zu werden, da dann jeder Akkupack 20 als Einzelakkupack angesehen wird. Eine automatische Umschaltung vom Akku- auf den Netzbetrieb kann zudem vorgesehen sein, wenn es insbesondere bei einer Versorgung des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 durch mehrere in Reihe geschaltete Akkupacks 20 zu einem plötzlichen Temperaturanstieg eines der eingesteckten Akkupacks 20 kommt. Entsprechendes ist denkbar, wenn es zu einem abrupten Spannungsabfall der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL kommt, oder diese außerhalb eines zulässigen Spannungsbereichs liegt.Safety features are also conceivable, such as an automatic or manual switchover to mains operation when the electrical processing device 10 is being transported with one or more battery packs 20 inserted. an automatic switchover takes place in the event of a longer period of non-use by means of a movement or acceleration sensor integrated in the electrical processing device 10 . If the electrical processing device 10 is transported with several battery packs 20 connected in series (e.g. 2 x 18 V), galvanic isolation of the individual battery packs 20 is also conceivable in order to comply with the corresponding transport standards, since each battery pack 20 is then regarded as an individual battery pack . An automatic switchover from battery to mains operation can also be provided if the temperature of one of the plugged-in battery packs 20 suddenly rises, in particular when the electrical processing device 10 is being supplied with power by a plurality of battery packs 20 connected in series. The same is conceivable if there is an abrupt voltage drop in the at least one second supply voltage U L , or if it lies outside a permissible voltage range.

Da die Umschaltvorrichtung 50 mit Bezug auf 2 die N = 4 Wicklungen 48 eines Statorzahns 46I, 46II bei Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH bzw. bei Netzbetrieb in Reihe schaltet, fließt durch die M * N = 8 Wicklungen 48 eines Statorpols 344I, 44II, 44III bei gleichartiger Ausgestaltung jeweils der gleiche Strom I1 = I2 = ... = IMN. Es ergibt sich ein insgesamt geringer Strombedarf und für das Gesamtmagnetfeld gilt B = B1 + B2 ... + BMN = M * N * B1. Bei Betrieb mit der zweiten Versorgungsspannung UL bzw. bei Akkubetrieb ergibt sich durch die Parallelschaltung der M * N = 8 Wicklungen 48 eine Addition ihrer Einzelströme I1 + I2 + ... + IMN. Für den Fall, dass jede der 8 Wicklungen 48 in ihrer Art gleich ist, resultiert hieraus ein Gesamtstrom I = 8 * I1, was dazu führt, dass sich das Gesamtmagnetfeld wieder zu B = 8 * B1 ergibt. Folglich weist der Elektromotor 12 in beiden Betriebsarten eine im Wesentlichen gleiche Maximalleistung auf. Je nach Höhe der ersten und der zweiten Versorgungsspannung UH, UL können so bei im Wesentlichen gleicher Maximalleistung des Elektromotors 12 unterschiedlich viele der M * N Wicklungen 48 eines Statorpols 44I, 44II, 44III parallel und/oder in Reihe geschaltet werden. Dies ermöglicht dann einen so genannten Multispannungsbetrieb des erfindungsgemäßen Elektromotors 12 bzw. ein Multispannungsgerät für den Netz-, Akku- oder Hybrid-Betrieb, d.h. z.B. einen Akkubetrieb mit 12, 18 oder 36 und/oder einen Netzbetrieb mit 120 oder 230 V, ohne die Anzahl der Statorzähne 46 im Elektromotor 12 anpassen zu müssen. Daraus lässt sich beispielhaft die folgende Anzahl M * N von Wicklungen 48 pro Phase U, V, W bzw. Statorpol 344I, 44", 44III bestimmen, wobei das Spannungsverhältnis aus der gleichgerichteten, ersten Versorgungsspannung UH und der zweiten Versorgungsspannung UL gerundet werden kann, da der Elektromotor 12 im Allgeneinen kleinere Versorgungsspannungsunterschiede toleriert:

  • • UH = 230 V AC (ca. 300 V DC), UL = 12 V DC → M * N = 25 Wicklungen 48
  • • UH = 230 V AC (ca. 300 V DC), UL = 18 V DC (max. ca. 20 V) → M * N = 15 Wicklungen 48
  • • UH = 230 V AC (ca. 300 V DC), UL = 36 V DC (max. ca. 40 V) → M * N ≅ 8 Wicklungen 48
  • • UH = 120 V AC (ca. 150 V DC), UL = 12 V DC → M * N ≅ 12 Wicklungen 48
  • • UH = 120 V AC (ca. 150 V DC), UL = 18 V DC (max. ca. 20 V) → M * N ≅ 8 Wicklungen 48
  • • UH = 120 V AC (ca. 150 V DC), UL = 36 V DC (max. ca. 40 V) → M * N ≅ 4 Wicklungen 48
Since the switching device 50 with respect to 2 which connects the N=4 windings 48 of a stator tooth 46 I , 46 II in series during operation with the first supply voltage U H or in mains operation flows through the M*N=8 windings 48 of a stator pole 344 I , 44 II , 44 III Identical configuration in each case the same current I 1 = I 2 = ... = I MN . There is an overall low current requirement and B=B 1 +B 2 . . . +B MN =M*N*B 1 applies to the overall magnetic field. In the case of operation with the second supply voltage U L or in the case of battery operation, the parallel connection of the M*N=8 windings 48 results in an addition of their individual currents I 1 +I 2 + . . . +I MN . If each of the 8 windings 48 is of the same type, this results in a total current I=8*I 1 , which results in the total magnetic field being B=8*B 1 again. Consequently, the electric motor 12 has essentially the same maximum power in both operating modes. Depending on the level of the first and the second supply voltage U H , U L , a different number of the M * N windings 48 of a stator pole 44 I , 44 II , 44 III can be connected in parallel and/or in series with essentially the same maximum power of the electric motor 12 . This then enables so-called multi-voltage operation of the electric motor 12 according to the invention or a multi-voltage device for mains, battery or hybrid operation, ie for example battery operation with 12, 18 or 36 and/or mains operation with 120 or 230 V, without the number having to adapt the stator teeth 46 in the electric motor 12 . From this, the following number M * N of windings 48 per phase U, V, W or stator pole 344 I , 44", 44 III can be determined, for example, with the voltage ratio of the rectified, first supply voltage U H and the second supply voltage U L can be rounded off, since the electric motor 12 generally tolerates smaller supply voltage differences:
  • • U H = 230 V AC (approx. 300 V DC), UL = 12 V DC → M * N = 25 windings 48
  • • U H = 230 V AC (approx. 300 V DC), UL = 18 V DC (max. approx. 20 V) → M * N = 15 windings 48
  • • U H = 230 V AC (approx. 300 V DC), UL = 36 V DC (max. approx. 40 V) → M * N ≅ 8 windings 48
  • • U H = 120 V AC (approx. 150 V DC), UL = 12 V DC → M * N ≅ 12 windings 48
  • • U H = 120 V AC (approx. 150 V DC), UL = 18 V DC (max. approx. 20 V) → M * N ≅ 8 windings 48
  • • U H = 120 V AC (approx. 150 V DC), UL = 36 V DC (max. approx. 40 V) → M * N ≅ 4 windings 48

Für einen möglichst optimalen Rundlauf und entsprechend optimierte Symmetrieeigenschaften des Elektromotors 12 ist es zweckmäßig, die Anzahl der Wicklungen 48 gleichmäßig über die M Statorzähne 46 der Statorpole 44 zu verteilen. Weist z.B. jeder Statorpol 44I, 44", 44III M = 2 Statorzähne 46 auf, so sollte die Anzahl der Wicklungen 48 je Statorpol 344I, 44", 44III ganzzahlig durch M teilbar sein, also z.B. im Falle von 2 Statorzähnen 46 je Statorpol 344I, 44", 44III 26 statt 25 und 16 statt 15 Wicklungen 48.For the best possible concentricity and correspondingly optimized symmetry properties of the electric motor 12, it is expedient to distribute the number of windings 48 evenly over the M stator teeth 46 of the stator poles 44. If, for example, each stator pole 44 I , 44", 44 III M = 2 stator teeth 46, the number of windings 48 per stator pole 344 I , 44", 44 III should be an integer divisible by M, e.g. in the case of 2 stator teeth 46 per stator pole 344 I , 44", 44 III 26 instead of 25 and 16 instead of 15 windings 48.

Für einen Betrieb mit der zweiten Versorgungsspannung UL kann beispielweise ergänzend vorgesehen sein, dass die Umschaltvorrichtung 50 die Wicklungen 48 eines Statorpols 344I, 44II, 44III derart parallelschaltet, dass im Falle eines kleinen Maximalstroms, eine kleinere Anzahl J < M * N Wicklungen 48 parallelgeschaltet ist, als im Falle eines gegenüber dem kleinen Maximalstrom deutlich höheren Maximalstroms. Entsprechend können für einen Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH J < M * N Wicklungen 48 in Reihe geschaltet werden, um den Elektromotor 12 mit unterschiedlichen Netzspannungen betreiben zu können. Auch ist es möglich, dass die Umschaltvorrichtung 50 zumindest einen Teil der M * N Wicklungen 48 eines Statorpols 344I, 44II, 44III für einen Betrieb mit zumindest einer Zwischenspannung UZ parallel und in Reihe schaltet, wobei die Zwischenspannung UZ zwischen der zumindest einen ersten Versorgungsspannung UH und der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL liegt.For operation with the second supply voltage U L , it can be additionally provided, for example, that the switching device 50 connects the windings 48 of a stator pole 344 I , 44 II , 44 III in parallel in such a way that in the case of a small maximum current, a smaller number J < M * N Windings 48 are connected in parallel than in the case of a maximum current that is significantly higher than the small maximum current. Correspondingly, for operation with the first supply voltage U H J <M*N, windings 48 can be connected in series in order to be able to operate the electric motor 12 with different mains voltages. It is also possible for the switching device 50 to switch at least part of the M*N windings 48 of a stator pole 344 I , 44 II , 44 III for operation with at least one Intermediate voltage U Z is connected in parallel and in series, the intermediate voltage U Z being between the at least one first supply voltage U H and the at least one second supply voltage U L .

In 3 ist eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektromotos 12 dargestellt, bei dem die Umschaltung zwischen dem Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und dem Betrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL derart erfolgt, dass die Umschaltvorrichtung 50 für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH eine erste Wicklung 48I eines Statorzahns 46", insbesondere eine Wicklung 48 mit hoher Anzahl von Windungen und kleinem Querschnitt, und für den Betrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL eine zweite Wicklung 48" des Statorzahns 46", insbesondere eine Wicklung 48 mit kleiner Anzahl von Windungen und großem Querschnitt, aktiviert. Dabei ist die zweite Wicklung 48" in besonders vorteilhafter Weise über die erste Wicklung 48I gewickelt. Dies ermöglicht auf einfache und kostengünstige Weise die Realisierung eines Dualspannungsgeräts für den Hybrid-Betrieb mit einer „Hochspannungs-Wicklung“ 48I, die z.B. für einen Netzbetrieb mit typ. 300V DC ausgelegt ist, und einer „Niederspannungs-Wicklung“ 48II, die für einen Akkubetrieb mit 36 V ausgelegt ist. Auch hier können die Wicklungen 48 derart ausgestaltet sein, dass der Elektromotor 12 in beiden Betriebsarten mit im Wesentlichen gleicher Maximalleistung betreibbar ist. Ebenso sind mehr als zwei Wicklungen 48 je Statorzahn 46I, 46" und weniger oder mehr als zwei Statorzähne 46 je Statorpol 44I, 44II, 44III denkbar. So kann die Erfindung auch für sehr kleine bzw. schnelldrehende Elektromotoren 12 mit nur einem Statorzahn 46 pro Statorpol 344I, 44", 44III (einfache dreiphasige EC-Motoren) angewendet werden.In 3 A further embodiment of the electric motor 12 according to the invention is shown, in which the switching between operation with the first supply voltage U H and operation with the at least one second supply voltage U L takes place in such a way that the switching device 50 for operation with the first supply voltage U H a first winding 48 I of a stator tooth 46", in particular a winding 48 with a high number of turns and a small cross section, and for operation with the at least one second supply voltage U L a second winding 48" of the stator tooth 46", in particular a winding 48 with small number of turns and a large cross section. The second winding 48" is wound over the first winding 48 I in a particularly advantageous manner. This enables a dual-voltage device for hybrid operation to be implemented in a simple and cost-effective manner with a "high-voltage winding" 48 I , which is designed, for example, for mains operation with typically 300V DC, and a "low-voltage winding" 48 II , which designed for battery operation with 36 V. Here, too, the windings 48 can be designed in such a way that the electric motor 12 can be operated in both operating modes with essentially the same maximum power. Likewise, more than two windings 48 per stator tooth 46 I , 46 "and fewer or more than two stator teeth 46 per stator pole 44 I , 44 II , 44 III are conceivable. The invention can also be used for very small or fast-rotating electric motors 12 with only one Stator tooth 46 per stator pole 344 I , 44", 44 III (simple three-phase EC motors) are applied.

4 zeigt die Verschaltung der drei durch die Leistungsbrücke 34 per PWM-Signal angesteuerten Phasen U, V, W des Elektromotors 12 mit jeweils parallel geschalteten Wicklungen 48 der drei Statorpole 44 in einer Dreieckschaltung. Dabei sind die beiden Wicklungen 48 der Statorzähne 46 jedes Statorpols 344I, 44", 44III (vgl. auch 3) als eine Gruppe zusammengefasst. In 5 ist im Unterschied zu 4 eine Sternschaltung der Phasen U, V, W mit jeweils in Reihe geschalteten Wicklungen 48 der drei Statorpole 44 des Elektromotors 12 dargestellt. Durch die Möglichkeit, den Elektromotor 12 nicht nur mit parallel oder in Reihe geschalteten Wicklungen 48, sondern auch mit in Dreieck- oder in Sternschaltung geschalteten Phasen U, V, W betreiben zu können, ist ein sehr universeller Einsatz des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 von kleinen Gleichspannungen bis zu hohen Wechselspannungen in Verbindung mit einer einfach auszulegenden und kostengünstigen Leistungselektronik 36 bzw. Umschaltvorrichtung 50 möglich. Weiterhin erlaubt die Nutzung aller Wicklungen 48 des Elektromotors 12 für die verschiedenen Betriebsarten ein reduziertes Gewicht des Elektromotors 12 bei gleichzeitiger Effektivitätssteigerung. Durch die wahlweise Verschaltung der Phasen U, V, W als Stern- oder Dreieckschaltung ergibt sich einerseits in Verbindung mit der Sternschaltung eine deutliche Reduzierung des Strombedarfs um einen Faktor von 1,73 (Wurzel 3) je Phase U, V, W bzw. Statorpol 44I, 44II, 44III, was insbesondere bei einem Anlaufen des Elektromotors 12 von Vorteil ist, während in der Dreieckschaltung hohe Ströme und Leistungen nutzbar sind. Daraus lässt sich unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen beispielhaft für die Sternschaltung die folgende reduzierte Anzahl M * N von Wicklungen 48 pro Phase U, V, W bzw. Statorpol 44I, 44II, 44III bestimmen:

  • • UH = 230 V AC (ca. 300 V DC), UL = 12 V DC → M * N ≅ 14 Wicklungen 48
  • • UH = 230 V AC (ca. 300 V DC), UL = 18 V DC (max. ca. 20 V) → M * N ≅ 9 Wicklungen 48
  • • UH = 230 V AC (ca. 300 V DC), UL = 36 V DC (max. ca. 40 V) → M * N ≅ 4 Wicklungen 48
  • • UH = 120 V AC (ca. 150 V DC), UL = 12 V DC → M * N ≅ 7 Wicklungen 48
  • • UH = 120 V AC (ca. 150 V DC), UL = 18 V DC (max. ca. 20 V) → M * N ≅ 4 Wicklungen 48
  • • UH = 120 V AC (ca. 150 V DC), UL = 36 V DC (max. ca. 40 V) → M * N ≅ 2 Wicklungen 48
4 shows the connection of the three phases U, V, W of the electric motor 12 controlled by the power bridge 34 by PWM signal with windings 48 of the three stator poles 44 connected in parallel in a delta connection. The two windings 48 of the stator teeth 46 of each stator pole 344 I , 44", 44 III (cf. also 3 ) grouped together. In 5 is different from 4 a star connection of the phases U, V, W, each with series-connected windings 48 of the three stator poles 44 of the electric motor 12. The possibility of being able to operate the electric motor 12 not only with windings 48 connected in parallel or in series, but also with phases U, V, W connected in a delta or star connection, means that the electrical processing device 10 can be used very universally for small direct voltages up to high AC voltages in connection with simple to design and inexpensive power electronics 36 or switching device 50 are possible. Furthermore, the use of all windings 48 of the electric motor 12 for the different operating modes allows a reduced weight of the electric motor 12 with a simultaneous increase in effectiveness. The optional connection of the phases U, V, W as a star or delta connection in connection with the star connection results in a significant reduction in the current requirement by a factor of 1.73 (root 3) per phase U, V, W or stator pole 44 I , 44 II , 44 III , which is particularly advantageous when the electric motor 12 starts up, while high currents and outputs can be used in the delta connection. Taking the above explanations into account, the following reduced number M*N of windings 48 per phase U, V, W or stator pole 44 I , 44 II , 44 III can be determined as an example for the star connection:
  • • U H = 230 V AC (approx. 300 V DC), UL = 12 V DC → M * N ≅ 14 windings 48
  • • U H = 230 V AC (approx. 300 V DC), UL = 18 V DC (max. approx. 20 V) → M * N ≅ 9 windings 48
  • • U H = 230 V AC (approx. 300 V DC), UL = 36 V DC (max. approx. 40 V) → M * N ≅ 4 windings 48
  • • U H = 120 V AC (approx. 150 V DC), UL = 12 V DC → M * N ≅ 7 windings 48
  • • U H = 120 V AC (approx. 150 V DC), UL = 18 V DC (max. approx. 20 V) → M * N ≅ 4 windings 48
  • • U H = 120 V AC (approx. 150 V DC), UL = 36 V DC (max. approx. 40 V) → M * N ≅ 2 windings 48

Für einen Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH ist es zweckmäßig, in Ergänzung zur Sternschaltung sämtliche Wicklungen 48 eines Statorpols 344I, 44", 44III in Reihe zu schalten. Ergänzend oder alternativ kann es für einen Betrieb mit der zweiten Versorgungsspannung UL zweckmäßig sein, in Ergänzung zur Dreieckschaltung sämtliche Wicklungen 48 eines Statorpols 344I, 44II, 44III parallel zu schalten. Da immer alle Wicklungen 48 des Stators 42 gleichzeitig bestromt werden, kann auf diese Weise der Elektromotor 12 bei optimaler Ausnutzung des Bauraums und minimaler Wicklungsanzahl einerseits mit einer Sternschaltung der Phasen U, V, W für die erste Versorgungsspannung UH und mit einer Dreieckschaltung der Phasen U, V, W für die zweite Versorgungsspannung UL betrieben werden. Mit besonderem Vorteil lässt sich der Elektromotor 12 im Akkubetrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL nicht auf eine Sternschaltung umschalten, sondern nur mit in Dreieck geschalteten Phasen U, V, W betreiben. Somit werden alle Wicklungen 48 mit einer geringeren Motorspannung UM als im Netzbetrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH versorgt und der Elektromotor 12 läuft mit reduzierter Leistung. Dies erlaubt dann beispielsweise einen sanften Anlauf des Elektromotors 12 eines als Bohrhammer ausgestalteten elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 zur Erzeugung einer möglichst effektiven Schlagenergie. Ebenso kann diese Vorgehensweise auch einen Warmlauf, einen reduzierten Betrieb für Wechselakkupacks 20 mit verminderter Leistungsfähigkeit (z.B. infolge Alterung) oder eine reduzierte Leistungsaufnahme im Leerlauf ermöglichen. Dabei kann zusätzlich vorgesehen sein, dass der Elektromotor 12 bei Umschaltung der Wicklungen 48 zwischen dem Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und der zweiten Versorgungspannung UL sowohl mit in Sternschaltung als auch mit in Dreieckschaltung geschalteten Phasen U, V, W mit im Wesentlichen gleicher Maximalleistung betreibbar ist.For operation with the first supply voltage U H , it is expedient to connect all windings 48 of a stator pole 344 I , 44", 44 III in series in addition to the star connection. Additionally or alternatively, it may be expedient for operation with the second supply voltage U L be to switch all windings 48 of a stator pole 344 I , 44 II , 44 III in parallel in addition to the delta connection Since all windings 48 of the stator 42 are always supplied with current at the same time, the electric motor 12 can be used in this way with optimum utilization of the installation space and a minimum number of windings on the one hand with a star connection of the phases U, V, W for the first supply voltage U H and with a delta connection of the phases U, V, W for the second supply voltage U L. The electric motor 12 can be operated with particular advantage in battery mode with the at least Do not switch a second supply voltage U L to a star connection, but only with a delta connection maintain phases U, V, W. Thus, all windings 48 are supplied with a lower motor voltage U M than in mains operation with the first supply voltage U H and the electric motor 12 runs at reduced power. This then allows, for example, a soft start of the electric motor 12 of an electrical processing device 10 designed as a rotary hammer to generate the most effective impact energy possible. Likewise, this procedure can also enable a warm-up, reduced operation for replaceable battery packs 20 with reduced performance (eg due to aging) or reduced power consumption when idling. It can also be provided that when the windings 48 are switched between operation with the first supply voltage U H and the second supply voltage U L , the electric motor 12 operates with essentially the same Maximum power is operable.

In Verbindung mit der Möglichkeit eines Sanftanlaufs und einer entsprechend hohen Anzahl N von Wicklungen 48 je Statorzahn 46I, 46", von denen dann nicht alle Wicklungen 48 permanent bestromt sind, kann weiterhin ein so genannter Booster-Betrieb umgesetzt werden, bei dem die Umschaltvorrichtung 50 kurzzeitig alle Wicklungen 48 der Statorzähne 46 für den Betrieb mit der zumindest einen ersten Versorgungsspannung UH und für den Betrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL gleichzeitig bestromt, um eine deutlich höhere Motorleistung zur Deckung von Leistungsspitzen zu erzielen. Ein Booster-Betrieb ist ergänzend oder alternativ gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 2 auch im reinen Akkubetrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL möglich. So können die Wicklungen 48 eines Statorzahns 46', 46" situationsbedingt in Abhängigkeit des Ladezustandes des Akkus bzw. Akkupacks 20 - bei geringem Ladezustand ist auch die verfügbare zweite Versorgungsspannung UL gering - und der Last - ein höherer Laststrom I bewirkt einen höheren Spannungsabfall und damit eine höhere zweite Versorgungsspannung UL - sehr schnell (quasi in Echtzeit) mittels einer elektronisch ausgestalteten Umschaltvorrichtung 50 in Reihe und/oder parallel verschaltet werden. Bei hoher Last und kleinem Ladezustand des Akkus bzw. Akkupacks 20 wäre dann ein Wicklungs-Mix mit höherem Parallelverschaltungsanteil und bei kleiner Last und hohem Ladezustand mit geringerem Parallelverschaltungsanteil vorteilhaft. In connection with the possibility of a soft start and a correspondingly high number N of windings 48 per stator tooth 46 I , 46", of which not all windings 48 are then permanently energized, a so-called booster operation can also be implemented in which the switching device 50 all windings 48 of the stator teeth 46 are briefly energized simultaneously for operation with the at least one first supply voltage U H and for operation with the at least one second supply voltage U L in order to achieve significantly higher motor power to cover power peaks is additionally or alternatively according to the embodiment 2 also possible in pure battery operation with the at least one second supply voltage U L . Depending on the situation, the windings 48 of a stator tooth 46', 46" can, depending on the state of charge of the battery or battery pack 20 - when the state of charge is low, the available second supply voltage U L is also low - and the load - a higher load current I causes a higher voltage drop and so that a higher second supply voltage U L can be switched in series and/or in parallel very quickly (virtually in real time) by means of an electronically designed switching device 50. With a high load and a low state of charge of the rechargeable battery or rechargeable battery pack 20, a winding mix with a higher Parallel connection component and with a low load and high state of charge with a lower parallel connection component advantageous.

Ein Booster-Betrieb kann auch derart realisiert werden, dass zumindest eine der Wicklungen 48 eines Statorzahns 46I, 46" nur hierfür zusätzlich bestromt wird und ansonsten für den Akku- und Netzbetrieb im normalen Leistungsbereich unbestromt bleibt.Booster operation can also be implemented in such a way that at least one of the windings 48 of a stator tooth 46 I , 46" is additionally energized only for this purpose and otherwise remains without current for battery and mains operation in the normal power range.

6 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung 50 für den Elektromotor 12 mit drei Phasen U, V, W bzw. Statorpolen 44, wobei analog zu den 3 bis 5 jeder Statorpol 344I, 44", 44III M = 2 Statorzähne 46 mit jeweils N = 2 Wicklungen 48 aufweist. Jede Wicklung 48', 48" des Elektromotors 12 ist über jeweils zwei elektrische Kontaktpunkte 62 mit der Umschaltvorrichtung 50 verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind demnach insgesamt 3 * 8 = 24 Kontaktpunkte 62 zwischen dem dreiphasigen Elektromotor 12 und der Umschaltvorrichtung 50 erforderlich. Der Übersichtlichkeit halber wurde in 6 nur die Phase U bzw. der Statorpol 44' innerhalb einer schematischen Box 64I im Detail gezeigt. Die beiden übrigen Phasen V und W bzw. Statorpole 44II, 44III sind entsprechend ausgestaltet und daher nur als leere Boxen 64II und 64III dargestellt. Die elektrischen Kontaktpunkte 62 zwischen Elektromotor 12 und Umschaltvorrichtung 50 können als Steckverbindungen, Crimpverbindungen, Schraubverbindungen, Lötverbindungen oder Schweißverbindungen ausgebildet sein (vgl. 7). 6 shows a first embodiment of the switching device 50 according to the invention for the electric motor 12 with three phases U, V, W and stator poles 44, wherein analogously to the 3 until 5 each stator pole 344 I , 44", 44 III M=2 stator teeth 46, each with N=2 windings 48. Each winding 48', 48" of the electric motor 12 is connected to the switching device 50 via two electrical contact points 62. In the exemplary embodiment shown, a total of 3*8=24 contact points 62 are therefore required between the three-phase electric motor 12 and the switching device 50 . For the sake of clarity, in 6 only the phase U or the stator pole 44' is shown in detail within a schematic box 64I . The two remaining phases V and W or stator poles 44 II , 44 III are designed accordingly and are therefore only shown as empty boxes 64 II and 64 III . The electrical contact points 62 between the electric motor 12 and the switching device 50 can be embodied as plug connections, crimp connections, screw connections, soldered connections or welded connections (cf. 7 ).

Die Umschaltvorrichtung 50 weist je Phase U, V, W bzw. Statorpol 44I, 44II, 44III eine Mehrzahl erster Schaltelemente 66 zur Reihenschaltung der Wicklungen 48 der Statorzähne 46 und eine Mehrzahl zweiter Schaltelemente 68 zur Parallelschaltung der Wicklungen 48 der Statorzähne 46 auf. Dabei sind für jeden Statorpol 44I, 44", 44III mit jeweils M Statorzähnen 46 und N Wicklungen 48 je Statorzahn 46I, 46" zur Reihenschaltung und/oder zur Parallelschaltung der insgesamt M * N Stator-Wicklungen 48 M * N - 1 erste Schaltelemente 66 und M * (2N - 1) zweite Schaltelemente 68 vorgesehen. Bei einem dreiphasigen Stator 42 mit drei Statorpolen 44, M = 2 Statorzähnen 46 pro Statorpol 44I, 44II, 44III und N = 2 Wicklungen 48 pro Statorzahn 46I, 46" ergeben sich auf diese Weise je Statorpol 44I, 44II, 44III 2 * 2 - 1 = 3 erste Schaltelemente 66 und 2 * (4 - 1) = 6 zweite Schaltelemente 68. In Summe weist die Umschalteinrichtung 50 daher 3 * (3 + 6) = 27 erste und zweite Schaltelemente 66, 68 auf. Zur Reihenschaltung der Wicklungen 48 werden die ersten Schaltelemente 66 der Umschaltvorrichtung 50 geschlossen und die zweiten Schaltelemente 68 geöffnet, während zur Parallelschaltung der Wicklungen 48 in umgekehrter Weise die ersten Schaltelemente 66 geöffnet und die zweiten Schaltelemente 68 geschlossen werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt demnach eine Reihenschaltung der Wicklungen 48 vor.Switching device 50 has a plurality of first switching elements 66 for series connection of windings 48 of stator teeth 46 and a plurality of second switching elements 68 for parallel connection of windings 48 of stator teeth 46 for each phase U, V, W or stator pole 44 I , 44 II , 44 III . In this case, for each stator pole 44 I , 44", 44 III with M stator teeth 46 and N windings 48 per stator tooth 46 I , 46" for series connection and/or for parallel connection of the total of M * N stator windings 48 M * N - 1 first switching elements 66 and M * (2N - 1) second switching elements 68 are provided. In a three-phase stator 42 with three stator poles 44, M = 2 stator teeth 46 per stator pole 44 I , 44 II , 44 III and N = 2 windings 48 per stator tooth 46 I , 46", this results in 44 I , 44 II per stator pole , 44 III 2 * 2 - 1 = 3 first switching elements 66 and 2 * (4 - 1) = 6 second switching elements 68. In total, the switching device 50 therefore has 3 * (3 + 6) = 27 first and second switching elements 66, 68 For the series connection of the windings 48, the first switching elements 66 of the switching device 50 are closed and the second switching elements 68 are opened, while for the parallel connection of the windings 48 in the reverse manner the first switching elements 66 are opened and the second switching elements 68 are closed a series connection of the windings 48 before.

Um die Phasen U, V, W des Elektromotors 12 bzw. dessen Statorpole 44 ergänzend in einer Stern- oder Dreieckschaltung verschalten zu können, ist je Statorpol 344I, 44", 44III zusätzlich noch ein drittes Schaltelement 70 und ein viertes Schaltelement 72 vorgesehen. Dabei werden zur Sternschaltung der Phasen U, V, W die dritten Schaltelemente 70 geschlossen und die vierten Schaltelemente 72 geöffnet, während für die Dreieckschaltung der Phasen U, V, W die dritten Schaltelemente 70 geöffnet und die vierten Schaltelemente 72 geschlossen werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt demnach neben der Reihenschaltung der Wicklungen 48 eine Dreieckschaltung vor, also eine gegenüber den 4 und 5 weitere Schaltvariante der Erfindung. Für einen dreiphasigen Elektromotor 12 mit M = 2 Statorzähnen 46 je Statorpol 344I, 44", 44III und N = 2 Wicklungen 48 je Statorzahn 46I, 46" ergeben sich so in Summe 27 + 6 = 33 erste, zweite, dritte und vierte Schaltelemente 66, 68, 70, 72 für die Umschaltvorrichtung 50. Ohne die zusätzliche Umschaltmöglichkeit von einer Dreieck- auf eine Sternschaltung wären gemäß den obigen Ausführungen um den Faktor 1,73-mal so viele Wicklungen 48 notwendig, also im vorliegenden Beispiel N = 4 statt 2 Wicklungen 48 pro Statorzahn 46I, 46". Somit wären statt der 33 ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltelemente 66, 68, 70, 72, dann insgesamt 3 * ((M * N - 1) + M * (2N - 1)) = 63 erste und zweite Schaltelemente 66, 68 für die Umschaltvorrichtung 50 erforderlich, wobei die dritten und vierten Schaltelemente 70, 72 dann entfielen. Die zusätzliche Umschaltmöglichkeit zwischen einer Stern- und einer Dreieckschaltung führt demnach zu einer deutlichen Reduzierung der benötigten Schaltelemente der Umschaltvorrichtung 50 und damit auch zu einer weiteren Bauraum-, Gewichts- und Kostenersparnis.In order to be able to additionally connect the phases U, V, W of the electric motor 12 or its stator poles 44 in a star or delta connection, a third switching element 70 and a fourth switching element 72 are also provided for each stator pole 344 I , 44", 44 III The third switching elements 70 are closed and the fourth switching elements 72 are opened for the star connection of the phases U, V, W, while the third switching elements 70 are opened for the delta connection of the phases U, V, W and the fourth switching elements 72 are closed. In the exemplary embodiment shown, there is therefore a delta connection in addition to the series connection of the windings 48, ie one opposite to the 4 and 5 further switching variant of the invention. For a three-phase electric motor 12 with M = 2 stator teeth 46 per stator pole 344 I , 44", 44 III and N = 2 windings 48 per stator tooth 46 I , 46", the total is 27 + 6 = 33 first, second, third and fourth switching elements 66, 68, 70, 72 for the switching device 50. Without the additional switchover option from a delta to a star connection, 1.73 times as many windings 48 would be necessary according to the above statements, ie N=in the present example 4 instead of 2 windings 48 per stator tooth 46 I , 46". Thus, instead of the 33 first, second, third and fourth switching elements 66, 68, 70, 72, then a total of 3 * ((M * N - 1) + M * ( 2N−1))=63 first and second switching elements 66, 68 are required for the switching device 50, with the third and fourth switching elements 70, 72 then being omitted switching elements the switching device 50 and thus also to further space, weight and cost savings.

Zum Aktivieren einer Reihenschaltung aller Wicklungen 48 eines Statorpols 44I, 44", 44III in Verbindung mit einer Sternschaltung der Phasen U, V, W gemäß 5 werden dann alle ersten und dritten Schaltelemente 66, 72 geschlossen und alle zweiten und vierten Schaltelemente 68, 72 geöffnet. Zum Aktivieren einer Parallelschaltung aller Wicklungen 48 eines Statorpols 44I, 44II, 44III in Kombination mit einer Dreieckschaltung der Phasen U, V, W gemäß 4 werden alle zweiten und vierten Schaltelemente 68, 72 geschlossen und alle ersten und dritten Schaltelemente 66, 70 geöffnet. Dies kann gleichzeitig erfolgen oder mit besonderem Vorteil zur Vermeidung von Kurzschlüssen mit einer Totzeit T von wenigen Nanosekunden bis zu einigen Sekunden zwischen den Umschaltvorgängen der ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 bzw. dritten und vierten Schaltelemente 70, 72.For activating a series connection of all windings 48 of a stator pole 44 I , 44", 44 III in connection with a star connection of the phases U, V, W according to 5 then all first and third switching elements 66, 72 are closed and all second and fourth switching elements 68, 72 are opened. For activating a parallel connection of all windings 48 of a stator pole 44 I , 44 II , 44 III in combination with a delta connection of the phases U, V, W according to 4 all second and fourth switching elements 68, 72 are closed and all first and third switching elements 66, 70 are opened. This can be done simultaneously or with particular advantage to avoid short circuits with a dead time T of a few nanoseconds up to a few seconds between the switching processes of the first and second switching elements 66, 68 or third and fourth switching elements 70, 72.

Um den Elektromotor 12 auch in Ländern mit leicht abweichenden ersten Versorgungspannungen UH betreiben zu können (beispielsweise Japan, Australien, etc.), ist im Falle der Sternschaltung je Statorpol 344I, 44", 44III eine zuschaltbare Last 74 vorgesehen. Diese ist derart zwischen dem vierten Schaltelement 72 und einem Massepotential GND der Umschaltvorrichtung 50 geschaltet, dass sie nur bei geschlossenem vierten Schaltelement 72 der Umschaltvorrichtung 50 wirken kann. Dazu weist die zuschaltbare Last 74 eine Parallelschaltung eines weiteren Schaltelements 76 und eines Leistungswiderstands 78 auf. Durch ein Schließen des weiteren Schaltelements 76 kann die Last 74 deaktiviert und durch ein Öffnen aktiviert werden. So ist es bei aktivierter Sternschaltung und Last 74 auf sehr einfache Weise möglich, einen Netzbetrieb mit 240 V statt 230 V oder mit 120 V statt 110 V zu realisieren. Eine Erkennung der jeweiligen ersten Versorgungsspannung UH kann beispielsweise über eine entsprechende mechanische oder elektrische Kodierung, einen RFID-Tag oder dergleichen am Netzkabel 22 erfolgen. Ebenso ist eine Umschaltung durch den Bediener mittels des Betriebsartenschalters 52 oder eines HMI des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 oder aber im Gegensatz dazu eine feste Vorgabe, die nur vom Hersteller verändert werden kann, denkbar.In order to also be able to operate the electric motor 12 in countries with slightly different first supply voltages U H (e.g. Japan, Australia, etc.), a switchable load 74 is provided for each stator pole 344 I , 44", 44 III in the case of a star connection. This is connected between the fourth switching element 72 and a ground potential GND of the switching device 50 in such a way that it can only act when the fourth switching element 72 of the switching device 50 is closed the load 74 can be deactivated and activated by opening the further switching element 76. With an activated star connection and load 74, it is thus possible in a very simple manner to implement mains operation with 240 V instead of 230 V or with 120 V instead of 110 V. A Recognition of the respective first supply voltage U H can correspond, for example, to a de mechanical or electrical coding, an RFID tag or the like on the power cord 22 done. Switching by the operator using the operating mode switch 52 or an HMI of the electrical processing device 10 or, in contrast to this, a fixed specification that can only be changed by the manufacturer is also conceivable.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Umschaltvorrichtung 50 zumindest ein zusätzliches Umschaltelement (nicht gezeigt) zur Umschaltung zweier Lage- und/oder Drehzahlsensoriken 78H, 78L für den Rotor 40 des Elektromotors 12 in Abhängigkeit vom Betrieb des Elektromotors 12 mit der ersten Versorgungsspannung UH oder mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL auf (vgl. 2). Somit ist es möglich, die Lage- und/oder Drehzahlsensoriken 78H, 78L in besonders einfacher Weise an die Steuer- oder Regelelektronik 38 bzw. die von ihr gesteuerten Leistungselektroniken 36H, 36L zum korrekten Betrieb des Elektromotors 12 anzupassen. Dies ist notwendig, da typischerweise für die Leistungselektroniken 36H, 36L für die erste und die zumindest eine zweite Versorgungspannung UH, UL unterschiedliche Sensorpositionen der einzelnen Sensoren vorliegen. So sind in der Regel die drei Hall-Sensoren der Lage- und/oder Drehzahlsensorik 78H für die Leistungselektronik 36H anders über den Umfang des Rotors 40 verteilt angeordnet als die drei Hall-Sensoren der Lage- und/oder Drehzahlsensorik 78L für die Leistungselektronik 36L. Auch ist es denkbar, jeweils einen der drei Hall-Sensoren der Lage- und/oder Drehzahlsensoriken 78H, 78L gemeinsam für die Leistungselektroniken 36H, 36L zu nutzen, so dass insgesamt nur fünf Hall-Sensoren benötigt werden. Weiterhin ist es möglich, für beide Leistungselektronik 36H, 36L dieselben drei Hall-Sensoren zu verwenden. Doch auch in diesem Fall ist eine Umschaltung mittels der Umschaltvorrichtung 50 für den sicheren Betrieb der jeweiligen Leistungselektronik 36H, 36L vorteilhaft. Die Umschaltung der Lage- und/oder Drehzahlsensoriken 78H, 78L erfolgt vorzugsweise dann, wenn der Elektromotor 12 nicht in Betrieb ist, um z.B. die Luft- oder Kriechstrecken zwischen Netz- und Akkuversorgung zu sichern oder EMV-Störungen zu vermeiden.In a further embodiment, the switching device 50 has at least one additional switching element (not shown) for switching over two position and/or speed sensors 78 H , 78 L for the rotor 40 of the electric motor 12 depending on the operation of the electric motor 12 with the first supply voltage U H or with the at least one second supply voltage U L (cf. 2 ). It is thus possible to adapt the position and/or speed sensors 78 H , 78 L in a particularly simple manner to the control or regulating electronics 38 or the power electronics 36 H , 36 L controlled by them for the correct operation of the electric motor 12 . This is necessary because there are typically different sensor positions of the individual sensors for the power electronics 36 H , 36 L for the first and the at least one second supply voltage U H , U L . As a rule, the three Hall sensors of the position and/or speed sensors 78 H for the power electronics 36 H are distributed differently over the circumference of the rotor 40 than the three Hall sensors of the position and/or speed sensors 78 L for the Power electronics 36 L . It is also conceivable to use one of the three Hall sensors of the position and/or speed sensors 78 H , 78 L together for the power electronics 36 H , 36 L so that only five Hall sensors are required in total. It is also possible to use the same three Hall sensors for both power electronics 36H , 36L . However, in this case too, switching by means of the switching device 50 is advantageous for the reliable operation of the respective power electronics 36 H , 36 L. The position and/or speed sensors 78 H , 78 L are preferably switched over when the electric motor 12 is not in operation, for example to secure the clearance or creepage distances between the mains and battery supply or to avoid EMC interference.

Sämtliche Schaltelemente der Umschaltvorrichtung 50 können als Halbleiter-Schalter, insbesondere als MOSFETs, Feldeffekt-Transistoren, IGBT, BipolarTransistoren, oder dergleichen ausgebildet sein. Ebenso sind Relais denkbar. Je nach Anforderung an die Belastbarkeit und Schaltgeschwindigkeit kommen aber auch Mischformen in Frage, bei denen beispielsweise die ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 als Halbleiter-Schalter und die dritten und vierten Schaltelemente 70, 72 sowie die weiteren Schaltelemente 76 als Relais ausgebildet sind.All switching elements of switching device 50 can be designed as semiconductor switches, in particular as MOSFETs, field effect transistors, IGBTs, bipolar transistors, or the like be. Relays are also conceivable. Depending on the load capacity and switching speed requirements, however, mixed forms are also possible in which, for example, the first and second switching elements 66, 68 are designed as semiconductor switches and the third and fourth switching elements 70, 72 and the further switching elements 76 are designed as relays.

Wie bereits weiter oben erwähnt, erfolgt die Umschaltung insbesondere der ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltelemente 66, 68, 70, 72 der Umschaltvorrichtung 50 mittels der in dem elektrischen Bearbeitungsgerät 10 integrierten Steuer- oder Regelelektronik 38 in Abhängigkeit vom Betriebsartenschalter 52 bzw. von der Sensorik 54. Gleichzeitig steuert die Steuer- oder Regelelektronik 38 in Abhängigkeit vom Hauptschalter 28 die Leistungsbrücke 34 zur Beaufschlagung der Wicklungen 48 der einzelnen Phasen U, V, W mit der PWM-Spannung UM an. Die Umschaltvorrichtung 50 befindet sich daher schaltungstechnisch zwischen der Leistungsbrücke 34 und dem Elektromotor 12. Wie nachfolgend in Verbindung mit den 7 bis 11 noch ausgeführt wird, kann die Umschaltvorrichtung 50 alternativ auch elektromechanisch mit entsprechenden als Schaltkontakte ausgebildeten Schaltelementen ausgestaltet sein. Ebenso ist eine Mischform aus Halbleiter-Schalter und elektromechanischen Schaltkontakten denkbar. So können beispielsweise die für Reihen- und/oder Parallelschaltung der Wicklungen 48 notwendigen ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 sowie die für die Lage- und/oder Drehzahlsensorik 78 notwendigen Schaltelemente als elektromechanische Schaltkontakte und die für die Stern- oder Dreieckschaltung der Phasen U, V, W notwendigen dritten und vierten Schaltelemente 70, 72 sowie die für die länderspezifische Netzanpassung notwendigen weiteren Schaltelemente 76 als Halbleiter-Schalter ausgebildet sein.As already mentioned above, the switching over, in particular of the first, second, third and fourth switching elements 66, 68, 70, 72 of the switching device 50, takes place by means of the control or regulating electronics 38 integrated in the electrical processing device 10, depending on the operating mode switch 52 or of the sensor system 54. At the same time, the control or regulating electronics 38, depending on the main switch 28, activate the power bridge 34 in order to apply the PWM voltage U M to the windings 48 of the individual phases U, V, W. The switching device 50 is therefore circuitry between the power bridge 34 and the electric motor 12. As below in connection with 7 until 11 is still explained, the switching device 50 can alternatively also be designed electromechanically with corresponding switching elements designed as switching contacts. A mixed form of semiconductor switches and electromechanical switching contacts is also conceivable. For example, the first and second switching elements 66, 68 required for the series and/or parallel connection of the windings 48 and the switching elements required for the position and/or speed sensors 78 can be designed as electromechanical switching contacts and those for the star or delta connection of the phases U, V, W necessary third and fourth switching elements 70, 72 as well as the further switching elements 76 necessary for the country-specific grid adjustment can be designed as semiconductor switches.

In 7 ist eine Explosionszeichnung des erfindungsgemäßen Elektromotors 12 mit dem Rotor 40, dem Stator 42, einem statorseitigen Adapterring 80 und der erfindungsgemäßen elektromechanisch ausgebildeten Umschaltvorrichtung 50 gezeigt. Um einen möglichst kompakten Elektromotor 12 mit einfacher Austauschbarkeit zu ermöglichen, ist die Umschaltvorrichtung 50 als eine modulare Baugruppe des Elektromotors 12 ausgebildet, die entlang einer durch die Motorwelle 30 des Elektromotors 12 definierten Achse aufgebaut ist. Der Rotor 40 weist eine Mehrzahl von Permanentmagneten 82 auf, die drehfest mit der Motorwelle 30 verbunden sind. Ebenso drehfest mit der Motorwelle 30 verbunden ist ein Lüfter 84 zur Kühlung des Elektromotors 12 und ggf. der Leistungselektronik 36 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10. Der Rotor 40 bzw. die Motorwelle 30 sind mittels eines Lagers 86, das beispielsweise als Kugel- oder Wälzlager ausgebildet sein kann, in dem Stator 42 gelagert. Der Stator 42 weist seinerseits über seinen inneren Umfang verteilt auf den Statorzähnen 46 die Wicklungen 48 auf (vgl. hierzu auch die 2 und 3). Umgeben ist der Stator 42 von einem als Blechpaket ausgebildeten Poltopf 88.In 7 is an exploded view of the electric motor 12 according to the invention with the rotor 40, the stator 42, an adapter ring 80 on the stator side and the electromechanically designed switching device 50 according to the invention. In order to enable an electric motor 12 which is as compact as possible and easy to replace, the switching device 50 is designed as a modular assembly of the electric motor 12 which is constructed along an axis defined by the motor shaft 30 of the electric motor 12 . The rotor 40 has a plurality of permanent magnets 82 which are connected to the motor shaft 30 in a torque-proof manner. A fan 84 for cooling the electric motor 12 and, if applicable, the power electronics 36 of the electrical processing device 10 is also connected in a torque-proof manner to the motor shaft 30. The rotor 40 and the motor shaft 30 are connected by means of a bearing 86, which can be designed, for example, as a ball or roller bearing can, stored in the stator 42. The stator 42 in turn has the windings 48 distributed over its inner circumference on the stator teeth 46 (cf. also the 2 and 3 ). The stator 42 is surrounded by a pole pot 88 designed as a laminated core.

Mittels der an dem Adapterring 80 als Kontaktstifte 90 und an der Umschaltvorrichtung 50 als Kontaktbuchsen 68, (nicht im Detail gezeigt) ausgebildeten elektrischen Kontaktpunkte 62 sind die Schaltelemente 66, 68, 70, 72, 76 der Umschaltvorrichtung 50 mit den Wicklungen 48 der Statorpole 44 bzw. Statorzähne 46 an einer der Motorwelle 30 abgewandten Seite des Elektromotors 12 reversibel verbindbar. Dazu sind die elektrischen Kontaktpunkte 62 jeweils ringförmig verteilt am Adapterring 80 und an einem äußeren Umfang der Umschaltvorrichtung 50 angeordnet. Somit kann die Umschaltvorrichtung 50 seitens des Herstellers sehr einfach auf die Adapterplatte 80 des Stators 42 aufgesteckt und bei Bedarf wieder von dieser abgezogen werden. Die Kontaktstifte 90 sind ihrerseits mit den Wicklungen 48 des Stators 42 dauerhaft verlötet, vercrimpt oder verschweißt. Die Kontaktbuchsen 92 der Umschaltvorrichtung 50 können einstückig über Kupferbahnen im Sinne eines Stanzgitters oder ebenfalls über Löt-, Crimp- oder Schweißverbindungen mit den Schaltelementen 66, 68, 70, 72, 76 verbunden sein. Statt einer reversiblen Steckverbindung zwischen Umschaltvorrichtung 50 und Adapterring 80 ist es alternativ auch denkbar, dass die elektrischen Kontaktpunkte 62 zwischen Umschaltvorrichtung 50 und Adapterring 80 bzw. den Wicklungen 48 dauerhaft verlötet oder verschweißt sind. Ebenso ist eine direkte Crimp- oder Schraubverbindung der Wicklungen 48 mit den Schaltelementen 66, 68, 70, 72, 76 oder den elektrischen Kontaktpunkten 62 der Umschaltvorrichtung 50 möglich.The switching elements 66, 68, 70, 72, 76 of the switching device 50 are connected to the windings 48 of the stator poles 44 by means of the electrical contact points 62 formed on the adapter ring 80 as contact pins 90 and on the switching device 50 as contact sockets 68 (not shown in detail). or stator teeth 46 can be reversibly connected to a side of the electric motor 12 facing away from the motor shaft 30 . For this purpose, the electrical contact points 62 are each distributed in a ring on the adapter ring 80 and arranged on an outer circumference of the switching device 50 . The manufacturer can therefore very easily attach the switching device 50 to the adapter plate 80 of the stator 42 and remove it again if necessary. The contact pins 90 are in turn permanently soldered, crimped or welded to the windings 48 of the stator 42 . The contact sockets 92 of the switching device 50 can be connected in one piece to the switching elements 66, 68, 70, 72, 76 via copper tracks in the sense of a stamped grid or also via soldered, crimped or welded connections. Instead of a reversible plug-in connection between switching device 50 and adapter ring 80, it is alternatively also conceivable for the electrical contact points 62 between switching device 50 and adapter ring 80 or the windings 48 to be permanently soldered or welded. A direct crimp or screw connection of the windings 48 to the switching elements 66, 68, 70, 72, 76 or the electrical contact points 62 of the switching device 50 is also possible.

Die elektromechanische Umschaltvorrichtung 50 ist zweiteilig aufgebaut. Sie besteht aus einem topfförmigen Gehäuseteil 94 und einem Deckel 96 der im gezeigten Ausführungsbeispiel als drehbarer Betriebsartenschalter 52 ausgebildet ist. In dem topfförmigen Gehäuseteil 94 sind die als Kontaktbuchsen 92 ausgebildeten elektrischen Kontaktpunkte 62 ringförmig angeordnet und beispielswiese per Stanzbahnen, Kabel oder Leiterbahnen einer Leiterplatte mit den Anschlüssen der Schaltelemente 66, 68, 70, 72, 76 verbunden. Die Anschlüsse der Schaltelemente 66, 68, 70, 72, 76 können beispielsweise als Kontaktgleiter bzw. Kontaktfedern 98 ausgebildet sein, die aus einer Kupferlegierung wie z.B. CuSn6 bestehen oder als Sandwichfedern bestehend aus einem Federstahl mit Kupferauflage ausgebildet sind und über entsprechende Kontaktbahnen 100 gleiten (vgl. hierzu auch 9).The electromechanical switching device 50 is constructed in two parts. It consists of a pot-shaped housing part 94 and a cover 96 which is designed as a rotatable operating mode switch 52 in the exemplary embodiment shown. The electrical contact points 62 designed as contact sockets 92 are arranged in a ring in the pot-shaped housing part 94 and are connected to the connections of the switching elements 66, 68, 70, 72, 76, for example by punched tracks, cables or conductor tracks of a printed circuit board. The connections of the switching elements 66, 68, 70, 72, 76 can be designed, for example, as contact slides or contact springs 98, which consist of a copper alloy such as CuSn6 or are designed as sandwich springs consisting of spring steel with a copper layer and slide over corresponding contact tracks 100 ( cf. also 9 ).

In 8a sind unter Bezugnahme auf 6 drei erste und sechs zweite Schaltelemente 66, 68 auf einer äußeren Kreisbahn sowie drei dritte und drei vierte Schaltelemente 70, 72 auf einer inneren Kreisbahn eines als tellerförmige Leiterplatte 102 ausgebildeten Trägers 104 angeordnet. Die zur besseren Übersichtlichkeit lediglich als Punkte dargestellten Kontaktgleiter 98 der Schaltelemente 66, 68, 70, 72 gleiten auf den bogenförmigen Kontaktbahnen 100, die beispielweise als Kupferbahnen der Leiterplatte 102 ausgebildet sind und die zur besseren sowie beständigen, elektrischen Leitfähigkeit jeweils eine vergoldete, versilberte, verzinnte, verzinkte oder vernickelte Oberflächenbeschichtung aufweisen. Dies gilt in gleicher Weise für die Oberflächen der Kontaktgleiter 98. Die ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 sowie die dritten und vierten Schaltelemente 70, 72 teilen sich jeweils einen Kontaktgleiter 98 als gemeinsamen elektrischen Kontaktpunkt 62 (vgl. hierzu auch 6). Nur, wenn beide Kontaktgleiter 98 eines Schaltelements 66, 68, 70, 72 elektrischen Kontakt zu einer Kontaktbahn 100 haben, ist das jeweilige Schaltelement 66, 68, 70, 72 elektrisch geschlossen; andernfalls ist es geöffnet. In 8a sind daher in der gezeigten Stellung der Leiterplatte 102 die zweiten und vierten Schaltelemente 68, 72 zur Erzeugung einer Parallelschaltung der Wicklungen 48 eines Statorpols 344I, 44", 44III in Verbindung mit einer Dreieckschaltung der Phasen U, V, W des Elektromotors 12 geschlossen (vgl. 4), während die ersten und dritten Schaltelemente 66, 70 geöffnet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die in 8a abgebildete Leiterplatte 102 zwar alle drei Phasen U, V, W aber nur die Wicklungen 48 eines einzigen Statorpols 44I schalten kann. Demzufolge muss die Umschaltvorrichtung 50 für die Wicklungen 48 der beiden anderen Statorpole 44II, 44III entweder noch zwei weitere Leiterplatten 102 aufweisen, die entsprechend der dargestellten Leiterplatte 102 aufgebaut und benachbart zur ersten Leiterplatte 102 angeordnet sind, aber auf der inneren Kreisbahn keine Kontaktbahnen 100 mehr für die dritten und vierten Schaltelemente 70, 72 tragen, oder die auf zwei weiteren Kreisbahnen jeweils die zusätzlich benötigten drei ersten und sechs zweiten Schaltelemente 66, 68 je Phase V, W bzw. Statorpol 44", 44III aufweist. Die einzelnen Kontaktbahnen 100 müssen zudem derart in ihrer Bogenlänge und Positionierung ausgelegt sein, dass keine fehlerhaften Schaltzustände für die gewünschten Betriebsarten entstehen. Entsprechend sind benachbart zu den Kontaktbahnen 100 Luft- oder Kriechstrecken 106 auf der Leiterplatte 102 zur Erzeugung der Totzeit T zwischen den Umschaltvorgängen vorgesehen.In 8a are referring to 6 three first and six second switching elements 66, 68 on an outer circular path and three third and three fourth switching elements 70, 72 on an inner circular path of a designed as a plate-shaped printed circuit board 102 carrier 104 is arranged. The contact sliders 98 of the switching elements 66, 68, 70, 72, shown only as dots for better clarity, slide on the arcuate contact tracks 100, which are designed, for example, as copper tracks of the printed circuit board 102 and which, for better and more permanent electrical conductivity, each have a gold-plated, silver-plated, tinned, galvanized or nickel-plated surface coating. This applies in the same way to the surfaces of the contact sliders 98. The first and second switching elements 66, 68 and the third and fourth switching elements 70, 72 each share a contact slider 98 as a common electrical contact point 62 (cf. also 6 ). Only when both contact sliders 98 of a switching element 66, 68, 70, 72 have electrical contact with a contact track 100 is the respective switching element 66, 68, 70, 72 electrically closed; otherwise it is open. In 8a Therefore, in the shown position of the circuit board 102, the second and fourth switching elements 68, 72 are closed to generate a parallel connection of the windings 48 of a stator pole 344 I , 44", 44 III in connection with a delta connection of the phases U, V, W of the electric motor 12 (see. 4 ), while the first and third switching elements 66, 70 are open. It should be noted that the in 8a Although the circuit board 102 shown can switch all three phases U, V, W, it can only switch the windings 48 of a single stator pole 44 I. Consequently, the switching device 50 for the windings 48 of the two other stator poles 44 II , 44 III must either have two further circuit boards 102, which are constructed in accordance with the circuit board 102 shown and are arranged adjacent to the first circuit board 102, but no contact tracks 100 on the inner circular path carry more for the third and fourth switching elements 70, 72, or which has the additionally required three first and six second switching elements 66, 68 per phase V, W or stator pole 44", 44 III on two further circular paths. The individual contact paths 100 must also be designed in their arc length and positioning in such a way that no faulty switching states arise for the desired operating modes Correspondingly, clearances or creepage distances 106 are provided on the printed circuit board 102 adjacent to the contact tracks 100 to generate the dead time T between the switching processes.

Die zumindest eine Leiterplatte 102 ist derart mittelbar (beispielsweise über ein Gestänge, Getriebe oder dergleichen) oder gemäß 8b unmittelbar mit dem Betriebsartenschalter 52 wirkverbunden, dass ein Verdrehen des Betriebsartenschalters 52 durch den Bediener in Drehrichtung R ein Schließen der ersten und dritten Schaltelemente 66, 70 und ein Öffnen der zweiten und vierten Schaltelemente 68, 72 zur Erzeugung einer Reihenschaltung der Wicklungen 48 eines Statorpols 44I, 44", 44III in Verbindung mit einer Sternschaltung der Phasen U, V, W bewirkt (vgl. 5). Ein anschließendes Zurückdrehen entgegen der Drehrichtung R führt dann wieder zu einem Öffnen der ersten und dritten Schaltelemente 66, 70 und zu einem Schließen der zweiten und vierten Schaltelemente 68, 72 zur Erzeugung einer Parallelschaltung der Wicklungen 48 eines Statorpols 344I, 44", 44III in Verbindung mit einer Dreieckschaltung der Phasen U, V, W. Da - wie eingangs beschrieben - die ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 sowie die dritten und vierten Schaltelemente 70, 72 jeweils komplementär zueinander geschaltet werden, dienen die Luft- oder Kriechstrecken 106 zur Vermeidung von Kurzschlüssen durch unbeabsichtigte gleichzeitige Schließzustände der ersten und zweiten bzw. dritten und vierten Schaltelemente 66, 68 bzw. 70, 72.The at least one printed circuit board 102 is indirect (for example via a linkage, transmission or the like) or according to 8b directly operatively connected to the operating mode switch 52 in that turning the operating mode switch 52 by the operator in the direction of rotation R causes the first and third switching elements 66, 70 to close and the second and fourth switching elements 68, 72 to open in order to produce a series connection of the windings 48 of a stator pole 44 I , 44", 44 III in connection with a star connection of the phases U, V, W (cf. 5 ). Subsequent turning back counter to the direction of rotation R then again leads to opening of the first and third switching elements 66, 70 and closing of the second and fourth switching elements 68, 72 to produce a parallel connection of the windings 48 of a stator pole 344 I , 44", 44 III in conjunction with a delta connection of the phases U, V, W. Since - as described above - the first and second switching elements 66, 68 and the third and fourth switching elements 70, 72 are each switched in a complementary manner to one another, the clearances or creepage distances 106 serve to Avoidance of short circuits due to unintentional simultaneous closing states of the first and second or third and fourth switching elements 66, 68 or 70, 72.

Alternativ ist es auch denkbar, dass die ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 zur Parallel- bzw. Reihenschaltung der Wicklungen 48 aller drei Statorpole 44 auf einer ersten tellerförmigen Leiterplatte 102 angeordnet sind und die Umschaltvorrichtung 50 eine unabhängig von der ersten Leiterplatte 102 drehbare zweite tellerförmige Leiterplatte 102 mit den dritten und vierten Schaltelementen 70, 72 zur wahlweisen Dreieck- oder Sternschaltung der drei Phasen U, V, W bzw. Statorpole 44 aufweist. Auf diese Weise kann mittels eines entsprechend zweiteilig ausgestalteten Betriebsartenschalters 52 die Verschaltung der Wicklungen 48 und der Phasen U, V, W unabhängig voneinander erfolgen. In analoger Weise können auch die weiteren Schaltelemente 76 für die schaltbare Last 74 zur Anpassung an nationale Gegebenheiten der ersten Versorgungsspannung UH und/oder die Schaltelemente für die Umschaltung der Lage- und Drehzahlsensorik 78 (vgl. 2) realisiert sein.Alternatively, it is also conceivable that the first and second switching elements 66, 68 for parallel or series connection of the windings 48 of all three stator poles 44 are arranged on a first plate-shaped circuit board 102 and the switching device 50 is a second plate-shaped circuit board that can be rotated independently of the first circuit board 102 Circuit board 102 with the third and fourth switching elements 70, 72 for optional delta or star connection of the three phases U, V, W or stator poles 44 has. In this way, the windings 48 and the phases U, V, W can be connected independently of one another by means of a correspondingly two-part operating mode switch 52 . In an analogous manner, the further switching elements 76 for the switchable load 74 for adapting the first supply voltage U H to national conditions and/or the switching elements for switching over the position and speed sensors 78 (cf. 2 ) be realized.

8b zeigt einen Schnitt durch die Umschaltvorrichtung 50 gemäß 8a, wobei zusätzlich noch das Gehäuseteil 94 und der als Betriebsartenschalter 52 ausgebildete Deckel 96 dargestellt sind. Einseitig auf der Leiterplatte 102 sind die mit den Kontaktgleitern 98 zusammenwirkenden Kontaktbahnen 100 auf ihren jeweiligen Kreisbahnen angeordnet. In der Schnittdarstellung sind nur drei Kontaktbahnen 100 und zwei Kontaktgleiter 98 sichtbar, die ein Schließen der zweiten und vierten Schaltelemente 68, 72 bewirken. Die Leiterplatte 102 ist unmittelbar mit dem Betriebsartenschalter 52 wirkverbunden, so dass ein Verdrehen des Betriebsartenschalters 52 durch den Bediener auch direkt ein Verdrehen der Leiterplatte 102 bewirkt. Wie bereits zu 8a angedeutet, können auch weitere zur ersten Leiterplatte 102 benachbarte Leiterplatten der Umschaltvorrichtung 50 mit dem Betriebsartenschalter 52 wirkverbunden sein. 8b shows a section through the switching device 50 according to FIG 8a , the housing part 94 and the cover 96 designed as an operating mode switch 52 also being shown. The contact tracks 100 interacting with the contact sliders 98 are arranged on their respective circular tracks on one side of the printed circuit board 102 . Only three contact tracks 100 and two contact sliders 98, which cause the second and fourth switching elements 68, 72 to close, are visible in the sectional view. The printed circuit board 102 is directly operatively connected to the operating mode switch 52, so that turning the operating mode switch 52 by the operator also directly causes the printed circuit board 102 to turn. As already to 8a indicated, also more to the first circuit board 102 adjacent circuit boards Switching device 50 to be operatively connected to the mode switch 52.

In 8c ist ein weiterer Schnitt durch die Umschaltvorrichtung 50 gezeigt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 8a ist die Leiterplatte 102 nun beidseitig mit den Kontaktbahnen 100 für die Schaltelemente 66, 68, 70, 72 bedruckt. Auch hier können selbstverständlich je nach Anforderung durch den Elektromotor 12 mehrere derartige Leiterplatten 102 zum Umschalten der Wicklungen 48 der Statorpole 44 und der Phasen U, V, W zum Einsatz kommen.In 8c another section through the switching device 50 is shown. In contrast to the embodiment according to 8a the circuit board 102 is now printed on both sides with the contact tracks 100 for the switching elements 66, 68, 70, 72. Depending on the requirements of the electric motor 12, a plurality of such printed circuit boards 102 can of course also be used here for switching over the windings 48 of the stator poles 44 and the phases U, V, W.

9 zeigt zwei weitere Ausführungsbeispiele der Umschaltvorrichtung 50 in einem perspektivischen Ausschnitt für die ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68. Diese gelten exemplarisch auch für die übrigen Schaltelemente der Umschaltvorrichtung 50. Im Unterschied zu 8 ist der als Leiterplatte 102 ausgebildete Träger 104 nun verschiebbar entlang einer Verschiebungsrichtung R angeordnet. Entsprechend wirkt die Leiterplatte 102 auch mit einem verschiebbaren Betriebsartenschalter 52 (nicht gezeigt) zur Umschaltung der ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 derart zusammen, dass ein Verschieben des Betriebsartenschalters 52 ein komplementäres Öffnen und Schließen der ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 durch die auf der Leiterplatte 102 aufgedruckten Kontaktbahnen 100 bewirkt. Statt eines verschiebbaren Betriebsartenschalters 52 kann auch ein verdrehbarer Betriebsartenschalter 52 in Verbindung mit einem entsprechend ausgestalten Gestänge zum Einsatz kommen, das die Drehbewegung in eine Linearbewegung transformiert. 9 shows two further exemplary embodiments of the switching device 50 in a perspective detail for the first and second switching elements 66, 68. These also apply as an example to the other switching elements of the switching device 50. In contrast to 8th the carrier 104 embodied as a printed circuit board 102 is now displaceably arranged along a displacement direction R. Correspondingly, circuit board 102 also interacts with a sliding operating mode switch 52 (not shown) for switching over first and second switching elements 66, 68 in such a way that sliding operating mode switch 52 results in complementary opening and closing of first and second switching elements 66, 68 by the the circuit board 102 printed contact tracks 100 causes. Instead of a displaceable operating mode switch 52, a rotatable operating mode switch 52 can also be used in conjunction with a correspondingly designed linkage, which transforms the rotary movement into a linear movement.

Während sich im Ausschnitt gemäß 9a durch die randseitige Bedruckung der Leiterplatte 102 mit den Kontaktbahnen 100 und den beidseitig der Leiterplatte 102 angeordneten Kontaktgleitern 98 insgesamt zwei erste und zwei zweite Schaltelemente 66, 68 ergeben, sind es in 9b durch die einseitige Bedruckung der Kontaktbahnen 100 und die einseitige Anordnung der Kontaktgleiter 98 nur jeweils ein erstes und ein zweites Schaltelement 66, 68. Durch ein beidseitiges Bedrucken der Leiterplatte 102 mit entsprechend vielen Kontaktgleitern 98 können aber auch hier mehr Schaltelemente realisiert werden, die jeweils in horizontaler Richtung gebildet sind. Wie bereits in 8 gezeigt, lässt sich auch in 9 durch entsprechend ausgestaltete Luft- oder Kriechstrecken 106 neben den Kontaktbahnen 100 eine Totzeit T für das Umschalten der Betriebsarten realisieren.While in accordance with the neckline 9a the printed circuit board 102 with the contact tracks 100 and the contact sliders 98 arranged on both sides of the circuit board 102 are printed on the edges, resulting in a total of two first and two second switching elements 66, 68, it is in 9b only a first and a second switching element 66, 68 due to the one-sided printing of the contact tracks 100 and the one-sided arrangement of the contact slides 98. By printing the printed circuit board 102 on both sides with a corresponding number of contact slides 98, however, more switching elements can also be implemented here, each of which in horizontal direction are formed. As already in 8th shown, can also be in 9 implement a dead time T for switching the operating modes by means of appropriately designed clearances or creepage distances 106 next to the contact tracks 100 .

In den 10 und 11 sind weitere Ausführungsformen des Trägers 104 der Umschaltvorrichtung 50 gezeigt. Auf die einzelnen Bestandteile mit identischen Bezugszeichen, wie in den vorherigen 8 und 9, soll wegen ihrer identischer Wirkungsweise nicht weiter eingegangen werden. Die 10 soll insbesondere verdeutlichen, dass als Träger 104 auch ein Prisma 108 (10a), ein Quader 110 (10b) oder ein U-Profil 112 (10c) mit entsprechend positionieren Kontaktbahnen 100 in Frage kommen, wobei analog 9 ein Öffnen und Schließen der ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 durch eine lineare Verschiebung des Trägers 104 bewirkt wird. In 11 ist der Träger 104 als eine drehbare Walze 114 insbesondere für die Schaltelemente 76 zur Aktivierung und Deaktivierung der Last 74 (vgl. 6) ausgebildet. 11b zeigt dabei zur Verdeutlichung einen Schnitt durch die in 11a perspektivisch dargestellte Walze 114. Weitere mögliche Trägerformen wären ein Kegelstumpf, eine Kugel oder dergleichen.In the 10 and 11 further embodiments of the carrier 104 of the switching device 50 are shown. On the individual components with identical references as in the previous ones 8th and 9 , will not be discussed further because of their identical mode of action. the 10 is intended to clarify in particular that a prism 108 ( 10a) , a cuboid 110 ( 10b) or a U-profile 112 ( 10c ) with appropriately positioned contact tracks 100 in question, with analog 9 an opening and closing of the first and second switching elements 66, 68 is effected by a linear displacement of the carrier 104. In 11 the carrier 104 is designed as a rotatable roller 114, in particular for the switching elements 76 for activating and deactivating the load 74 (cf. 6 ) educated. 11b shows a section through the in 11a roller 114 shown in perspective. Other possible carrier shapes would be a truncated cone, a sphere or the like.

Sämtliche Ausgestaltungsformen der elektromechanischen Umschaltvorrichtung 50 können auch miteinander kombiniert werden. Ebenso ist eine Kombination aus einer elektromechanischen und einer aus Halbleiter-Schaltern bzw. Relais bestehenden, elektronischen Umschaltvorrichtung 50 im elektrischen Bearbeitungsgerät 10 denkbar. Statt einer Leiterplatte 102 mit aufgedruckten Kontaktbahnen 100 können die Kontaktbahnen 100 auch als ein Stanzgitter ausgebildet sein, das mit einem Kunststoff umspritzt ist und das dann selbst das topfförmige Gehäuseteil 94 bildet.All of the configurations of the electromechanical switching device 50 can also be combined with one another. A combination of an electromechanical and an electronic switching device 50 consisting of semiconductor switches or relays is also conceivable in the electrical processing device 10 . Instead of a printed circuit board 102 with printed contact tracks 100, the contact tracks 100 can also be designed as a stamped grid, which is encapsulated with a plastic and which then itself forms the pot-shaped housing part 94.

In 12 ist eine schematische Darstellung des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 gezeigt. Das elektrische Bearbeitungsgerät 10 lässt sich topologisch aufteilen in einen überwiegend mechanischen Abtriebsteil 116 jenseits einer topologischen Trennungslinie 118 und einen Versorgungs- und Antriebsteil 120 diesseits der topologischen Trennungslinie 118. Dabei soll unter „diesseits“ die der elektrischen Versorgung zugewandte Seite und unter „jenseits“ die der Bearbeitung eines Werkstücks zugewandte Seite des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 verstanden werden. „Diesseits“ ist daher als funktionell vor und „jenseits“ als funktionell hinter der topologischen Trennungslinie 118 zu betrachten. Insbesondere der Abtriebsteil 116 ist häufig spezifisch auf das Anwendungsgebiet des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 ausgelegt und kann daher im Unterschied zum Versorgungs- und Antriebsteil 120 in der Regel nicht universell für verschiedenartige elektrische Bearbeitungsgeräte hergestellt und verwendet werden.In 12 A schematic representation of the electrical processing device 10 is shown. The electrical processing device 10 can be topologically divided into a predominantly mechanical driven part 116 beyond a topological dividing line 118 and a supply and drive part 120 on this side of the topological dividing line 118. "On this side" should be the side facing the electrical supply and "beyond" should be the the machining of a workpiece facing side of the electrical processing device 10 are understood. "This side" is therefore to be regarded as functionally before and "beyond" as functionally behind the topological dividing line 118 . In particular, the driven part 116 is often designed specifically for the area of application of the electrical processing device 10 and can therefore, in contrast to the supply and drive part 120, generally not be produced and used universally for different types of electrical processing devices.

Wesentliche Komponenten des Abtriebsteils 116 sind das Getriebe 24 sowie eine spezielle Abtriebsmechanik 122 für das jeweilige Anwendungsgebiet des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10. Unter dem Abtriebsteil 116 soll daher eine Mechanik verstanden werden, die die Antriebsenergie des Elektromotors 12 zur Verwendung des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 mechanisch umwandelt. Ein Beispiel für eine Abtriebsmechanik 122 des Abtriebsteils 116 wäre das in der Beschreibung zu 1 erwähnte Schlagwerk 26 samt Werkzeugaufnahme 18 und Einsatzwerkzeug 32 des dort gezeigten Drehschlagschraubers. Aber auch das Fahrwerk eines Fahrzeugs, das Mahlwerk einer Küchenmaschine, die Vorrichtung zur Erzeugung und Führung des Luftstroms eines Gebläses oder dergleichen können die Abtriebsmechanik 122 bilden.Essential components of the stripping part 116 are the gear 24 and a special output mechanism 122 for the respective application of the electrical processing device 10. Under the stripping part 116 should therefore be understood as a mechanism that uses the drive energy of the electric motor 12 to use the elec rian processing device 10 mechanically converts. An example of an output mechanism 122 of the output part 116 would be in the description 1 mentioned impact mechanism 26 including tool holder 18 and application tool 32 of the rotary impact wrench shown there. However, the drive mechanism 122 can also be formed by the chassis of a vehicle, the grinder of a food processor, the device for generating and guiding the air flow of a fan or the like.

Für die Erfindung wesentliche Komponenten des Versorgungs- und Antriebsteils 120 sind die die Umschaltvorrichtung 50 aufweisende Leistungselektronik 36 und der Elektromotor 12. Auf die Darstellung der die Leistungselektronik 36 ansteuernden Steuer- oder Regelelektronik 38 sowie ggf. weiterer Komponenten des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 soll hier der Übersichtlichkeit halber verzichtet werden. Die Leistungselektronik 36 teilt sich auf in die erste Leistungselektronik 36H zum Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und in die zumindest eine zweite Leistungselektronik 36L zum Betrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL, wobei die erste Versorgungsspannung UH beispielsweise durch ein nationales Stromnetz (angedeutet durch die Steckdose) bereitgestellt wird, während die zumindest eine zweite Versorgungsspannung UL von dem Akkupack 20 geliefert wird. Somit ist die erste Leistungselektronik 36H als eine AC-Elektronik und die zumindest eine zweite Leistungselektronik 36L als eine DC-Elektronik ausgebildet. Vorzugsweise sind die beiden Leistungselektroniken 36H, 36L galvanisch voneinander getrennt, um Spannungsüberschläge zwischen ihnen zu vermeiden. Beiden Leistungselektroniken 36H, 36L gemein ist die Leistungsbrücke 34 zur Ansteuerung des Elektromotors 12 über die Umschaltvorrichtung 50 mittels der PWM-Spannung UM. Die Umschaltvorrichtung 50 befindet sich innerhalb des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 diesseits der topologischen Trennungslinie 118 zwischen dem Elektromotor 12 und der Leistungsbrücke 34. Wie zuvor beschrieben, kann sie dabei als modulare Baugruppe des Elektromotors 12 ausgebildet sein oder sich als vom Elektromotor 12 mechanisch getrennte Baugruppe an anderer Stelle im elektrischen Bearbeitungsgerät 10 befinden. Auch eine Aufteilung der Umschaltvorrichtung 50 in einen elektronischen und einen elektromechanischen Teil oder in mehrere elektromechanische oder elektronische Teile innerhalb des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 ist möglich.Components of supply and drive part 120 that are essential to the invention are power electronics 36, which have switchover device 50, and electric motor 12. Control or regulating electronics 38, which actuate power electronics 36, and any other components of electrical processing device 10 are shown here for the sake of clarity be dispensed with. The power electronics 36 is divided into the first power electronics 36 H for operation with the first supply voltage U H and the at least one second power electronics 36 L for operation with the at least one second supply voltage U L , with the first supply voltage U H being generated, for example, by a national Mains power (indicated by the socket) is provided, while the at least one second supply voltage U L is supplied by the battery pack 20 . Thus, the first electronic power system 36 H is embodied as an AC electronic system and the at least one second electronic power system 36 L is embodied as a DC electronic system. The two power electronics units 36H , 36L are preferably electrically isolated from one another in order to avoid voltage flashovers between them. Common to both electronic power systems 36 H , 36 L is the power bridge 34 for controlling the electric motor 12 via the switching device 50 using the PWM voltage U M . The switching device 50 is located within the electrical processing device 10 on this side of the topological dividing line 118 between the electric motor 12 and the power bridge 34. As described above, it can be designed as a modular assembly of the electric motor 12 or as a mechanically separate assembly from the electric motor 12 on another Point in the electrical processing device 10 are located. A division of the switching device 50 into an electronic and an electromechanical part or into several electromechanical or electronic parts within the electrical processing device 10 is possible.

Der Akkupack 20 ist mit Bezug auf 1 als Wechselakkupack ausgebildet. Ebenso ist ein fest im elektrischen Bearbeitungsgerät 10 integrierter Akku bzw. Akkupack 20 denkbar. Auch eine Mischform aus integriertem Akku und Wechselakkupack ist möglich. Zudem können mehrere, elektrisch in Reihe oder parallelgeschaltete Wechselakkupacks 20 am elektrischen Bearbeitungsgerät 10 zum Einsatz kommen. In Abhängigkeit der Betriebsart bzw. der ersten Versorgungsspannung UH oder der zweiten Versorgungsspannung UL aktiviert dann die Umschaltvorrichtung 50 die erste oder die zweite Leistungselektronik 36H, 36L.The battery pack 20 is with reference to 1 designed as a removable battery pack. A rechargeable battery or rechargeable battery pack 20 permanently integrated in the electrical processing device 10 is also conceivable. A mixed form of integrated battery and exchangeable battery pack is also possible. In addition, several exchangeable battery packs 20 electrically connected in series or in parallel can be used on the electrical processing device 10 . Depending on the operating mode or the first supply voltage U H or the second supply voltage U L , the switching device 50 then activates the first or the second electronic power system 36 H , 36 L .

13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 in Form eines Abrisshammers. Ein wesentlicher Unterschied zum Drehschlagschrauber gemäß 1 besteht neben der Ausgestaltung des überwiegend mechanischen Abtriebsteils 116 in der Energieversorgung des Abrisshammers mit zwei Akkupacks 20. Im Falle zweier in Reihe geschalteter Akkupacks 20 mit jeweils 18 V ergibt sich so wiederum eine zweite Versorgungsspannung UL von 36 V DC. Im Unterschied zum Drehschlagschrauber gemäß 1 ist der Elektromotor 12 einer deutlich höheren Leistungsklasse zuzuordnen, ohne dass sich jedoch an der in 12 beschriebenen, topologischen Aufteilung des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 in den Abtriebsteil 116 und den Versorgungs- und Antriebsteil 120 etwas ändert. Auf eine detaillierte Beschreibung des Abtriebsteils 116 des Abrisshammers mit der Abtriebsmechanik 122 sowie der Werkzeugaufnahme 18 samt Einsatzwerkzeug 32 soll hier verzichtet werden, da diese für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung ist. 13 shows a further exemplary embodiment of an electrical processing device 10 in the form of a demolition hammer. A significant difference to the impact wrench according to 1 consists in the configuration of the predominantly mechanical driven part 116 in the energy supply of the demolition hammer with two battery packs 20. In the case of two battery packs 20 connected in series, each with 18 V, this results in a second supply voltage U L of 36 V DC. In contrast to the impact wrench according to 1 the electric motor 12 can be assigned to a significantly higher performance class, but without being based on the in 12 described, topological division of the electrical processing device 10 in the driven part 116 and the supply and drive part 120 changes somewhat. A detailed description of the driven part 116 of the demolition hammer with the driven mechanism 122 and the tool holder 18 together with the insert tool 32 is omitted here, since this is of secondary importance for the invention.

Die Umschaltung zwischen den Betriebsarten des Elektromotos 12 kann wie schon im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 entweder manuell durch einen Bediener oder automatisch mittels einer Sensorik 54 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 erfolgen. Neben der Sensorik 54 zur Detektion der Stellung der Abdeckklappe 56 für das Netzkabel 22 bzw. dessen Anschlussstecker 60 kann der Bediener die Betriebsart des Elektromotors 12 auch über den Betriebsartenschalter 52, ein HMI, eine App oder dergleichen umschalten.Switching between the operating modes of the electric motor 12 can be carried out as in the first exemplary embodiment 1 either manually by an operator or automatically by means of a sensor system 54 of the electrical processing device 10 . In addition to the sensor system 54 for detecting the position of the cover flap 56 for the mains cable 22 or its connector plug 60, the operator can also switch the operating mode of the electric motor 12 using the operating mode switch 52, an HMI, an app or the like.

In 14 ist der Abrisshammer aus 13 in einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei ist die insbesondere elektromechanisch ausgestaltete Umschaltvorrichtung 50 der Leistungselektronik 36 separat vom Elektromotor 12 im Gehäuse 14 des Abrisshammers angeordnet. Die Umschaltung der Betriebsarten kann durch den Bediener über den Betriebsartenschalter 52 erfolgen. Weiterhin sind die erste Leistungselektronik 36H für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH, insbesondere mit einer Netzspannung, und die zweite Leistungselektronik 36L für den Betrieb mit der zweiten Versorgungsspannung UL, insbesondere mit einer Akkuspannung, sowie die darin integrierte Leistungsbrücke 34 zur Ansteuerung des Elektromotors 12 mit der PWM-Spannung UM als von der Umschaltvorrichtung 50 getrennte Baueinheit im Gehäuse 14 vorgesehen. Zu diesem Zweck weisen sowohl die Umschaltvorrichtung 50 als auch die restliche Leistungselektronik 36 jeweils getrennte Subgehäuse 124 auf, die ihrerseits fest bzw. einstückig mit dem Gehäuse 14 verbunden sind. Zur Vibrationsentkopplung der Umschaltvorrichtung 50 oder der gesamten Leistungselektronik 36 von etwaigen stark vibrierenden Bauteilen des Abrisshammers während des Betriebs sind die Abtriebsmechanik 122 sowie der Elektromotor 12 samt Getriebe 24 mittels zumindest eines Dämpfungselements 126 im Gehäuse 14 gelagert. Auf diese Weise ist es möglich, die Leistungselektronik 36 bzw. die Umschaltvorrichtung 50 vor Schäden an den entsprechenden Bauelementen sowie den elektrischen Kontakten zu schützen. Als Dämpfungselement 126 kommt dabei z.B. eine Feder in Gestalt einer Spiral-, Blatt- oder Schenkelfeder in Frage, die zwischen dem Gehäuse 14 und der Abtriebsmechanik 122, dem Getriebe 24 und/oder dem Elektromotor 12 angeordnet ist. Ebenso sind Gummidämpfer oder dergleichen oder zumindest ein durch die nicht gezeigte Regel- oder Steuerelektronik 38 angesteuerter Dämpfungsaktor als Dämpfungselemente 126 denkbar.In 14 the demolition hammer is off 13 shown in another embodiment. The switching device 50 of the power electronics 36, which is designed in particular electromechanically, is arranged separately from the electric motor 12 in the housing 14 of the demolition hammer. The operating modes can be switched over by the operator using the operating mode switch 52 . Furthermore, the first power electronics 36 H are designed for operation with the first supply voltage U H , in particular with a mains voltage, and the second power electronics 36 L are designed for operation with the second supply voltage U L , in particular with a battery voltage, as well as the power bridge 34 integrated therein for Control of the electric motor 12 with the PWM voltage U M as a separate unit from the switching device 50 in Housing 14 provided. For this purpose, both the switching device 50 and the rest of the power electronics 36 each have separate sub-housings 124 which are in turn connected to the housing 14 in a fixed or integral manner. To isolate the switching device 50 or the entire power electronics 36 from any heavily vibrating components of the demolition hammer during operation, the output mechanism 122 and the electric motor 12 together with the gear 24 are mounted in the housing 14 by means of at least one damping element 126. In this way it is possible to protect the power electronics 36 or the switching device 50 from damage to the corresponding components and the electrical contacts. A spring in the form of a spiral, leaf or torsion spring, for example, which is arranged between the housing 14 and the output mechanism 122, the transmission 24 and/or the electric motor 12, can be used as the damping element 126. Rubber dampers or the like or at least one damping actuator controlled by the closed-loop or open-loop control electronics 38 (not shown) are also conceivable as damping elements 126 .

Als Alternative oder Ergänzung zur Vibrationsentkopplung des Gehäuses 14 von der Abtriebsmechanik 122 und/oder dem Elektromotor 12 kann es auch vorgesehen sein, die Umschaltvorrichtung 50 selbst vom Gehäuse 14 zu entkoppeln. Dies soll anhand unterschiedlicher Ausführungsbeispiele gemäß der nachfolgenden 15 bis 18 verdeutlicht werden, wobei die Umschaltvorrichtung 50 als elektronische Umschaltvorrichtung 50 mit dem Subgehäuse 124 ausgestaltet ist. Ebenso ist es möglich, dass im Falle einer elektromechanischen Umschaltvorrichtung 50 die aus dem Gehäuseteil 94 und dem als Betriebsartenschalter 52 ausgebildeten Deckel 96 bestehende modulare Baugruppe vibrationsentkoppelt im Gehäuse 14 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 gelagert ist. Dabei kann die Umschaltvorrichtung 50 auch in einem definierten Winkel ungleich 0 bzw. 180° zum Elektromotor 12 in dem Gehäuse 14 angeordnet sein. Auch eine vibrationsentkoppelte Lagerung der modularen Baugruppe zusammen mit dem Elektromotor 12 im Gehäuse 14 ist denkbar.As an alternative or supplement to the vibration decoupling of the housing 14 from the output mechanism 122 and/or the electric motor 12, provision can also be made for the switching device 50 itself to be decoupled from the housing 14. This is based on different embodiments according to the following 15 until 18 be illustrated, the switching device 50 being designed as an electronic switching device 50 with the sub-housing 124 . It is also possible that, in the case of an electromechanical switching device 50 , the modular assembly consisting of the housing part 94 and the cover 96 designed as an operating mode switch 52 is mounted in the housing 14 of the electrical processing device 10 in a vibration-decoupled manner. The switching device 50 can also be arranged in the housing 14 at a defined angle that is not equal to 0 or 180° to the electric motor 12 . Vibration-decoupled mounting of the modular assembly together with the electric motor 12 in the housing 14 is also conceivable.

In 15a ist die im Subgehäuse 124 angeordnete Umschaltvorrichtung 50 über im Wesentlichen als viereckige Gummipuffer 128 ausgebildete Dämpfungselemente 126 an entsprechenden Halteelementen 130 des Gehäuses 14 zur Aufnahme der Gummipuffer 128 vibrationsentkoppelt gelagert. Dabei ist auf der linken Seite von 15a eine Draufsicht und auf der rechten Seite eine Seitenansicht gezeigt. Das Subgehäuse 124 ist demzufolge über insgesamt acht Gummipuffer 128 und acht Halteelemente 130 im Gehäuse 14 gelagert. Vibrationen des Gehäuses 14 können somit in ausreichendem Maße gedämpft werden, um die Umschaltvorrichtung 50 vor Beschädigungen während des Betriebs des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 zu schützen. 15b zeigt die Draufsicht einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Dämpfungselemente 126 als polygone Gummipuffer 128 mit zumindest einer innenliegenden Luftkammer 132. In 15c ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Dämpfungselements 126 als ein das Subgehäuse 124 zumindest in einer Richtung voll umschließender, im Wesentlichen tonnenförmiger Gummipuffer 130 mit entsprechenden seitlichen Luftkammern 132 gezeigt. Mit besonderem Vorteil, kann die Umschaltvorrichtung 50 mit ihrem Subgehäuse 124 in diesem Gummipuffer 130 einfach eingesteckt werden. Sowohl in 15b als auch in 15c sind Halteelemente 130 am Gehäuse 14 vorgesehen, deren Form in komplementärer Weise an die Form der Dämpfungselemente 126 zur bestmöglichen Fixierung und Lagerung angepasst ist.In 15a the switching device 50 arranged in the sub-housing 124 is mounted in a vibration-decoupled manner on corresponding holding elements 130 of the housing 14 for accommodating the rubber buffers 128 via damping elements 126 embodied essentially as square rubber buffers 128 . Where is on the left side of 15a shown a top view and on the right side a side view. The sub-housing 124 is therefore mounted in the housing 14 via a total of eight rubber buffers 128 and eight retaining elements 130 . Vibrations of the housing 14 can thus be sufficiently dampened to protect the switching device 50 from damage during the operation of the electrical processing device 10 . 15b shows the plan view of a second possible embodiment of the damping elements 126 as a polygonal rubber buffer 128 with at least one internal air chamber 132. In 15c a third exemplary embodiment of the damping element 126 is shown as a substantially barrel-shaped rubber buffer 130 with corresponding lateral air chambers 132 that completely encloses the sub-housing 124 at least in one direction. With particular advantage, the switching device 50 can be easily plugged into this rubber buffer 130 with its sub-housing 124 . As well in 15b as well as in 15c Retaining elements 130 are provided on the housing 14, the shape of which is adapted in a complementary manner to the shape of the damping elements 126 for the best possible fixation and storage.

16 zeigt weitere Ausführungsformen des Dämpfungselements 126 für die Umschaltvorrichtung 50. In 16a ist das Dämpfungselement 126 als eine gestanzte Gummifolie 134 ausgebildet, die über vier als Ösen bzw. Dome 136 ausgebildete Halteelemente 130 des Gehäuses 14 gespannt ist und die das Subgehäuse 124 der Umschaltvorrichtung 50 quasi hängend trägt. Dazu weist das Subgehäuse 124 einen Vorsprung 138 auf, der durch eine Öffnung der Gummifolie greift und der über sechs entsprechende Halteelemente 140 an der Gummifolie 134 fixiert ist. In 16b ist das Dämpfungselement 126 als ein Gummiring 142 ausgebildet, der an dem Gehäuse 14 über vier Ösen bzw. Dome 136 gelagert ist und der das Subgehäuse 124 der Umschaltvorrichtung 50 über vier als Haken ausgebildete Halteelemente 140 hängend trägt. 16c zeigt eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Gummifolie 134 aus 16a, die nun nur noch an zwei Ösen bzw. Domen 136 im Gehäuse 14 gelagert ist. Im Unterschied zu 15, wo durch das zumindest eine Dämpfungselement 126 eine Druckkraft F auf das Subgehäuse 124 bzw. die Umschaltvorrichtung 50 wirkt, ist es in 16 eine Zugkraft F. 16 shows further embodiments of the damping element 126 for the switching device 50. In 16a For example, the damping element 126 is designed as a stamped rubber foil 134, which is stretched over four retaining elements 130, designed as eyelets or domes 136, of the housing 14 and which supports the sub-housing 124 of the switching device 50 in a quasi-hanging manner. For this purpose, the sub-housing 124 has a projection 138 which engages through an opening in the rubber film and which is fixed to the rubber film 134 via six corresponding retaining elements 140 . In 16b the damping element 126 is designed as a rubber ring 142 which is mounted on the housing 14 via four eyelets or domes 136 and which carries the sub-housing 124 of the switching device 50 via four retaining elements 140 designed as hooks. 16c shows another possible embodiment of the rubber foil 134 16a , which is now only mounted on two eyelets or domes 136 in the housing 14 . In contrast to 15 , where the at least one damping element 126 exerts a compressive force F on the subhousing 124 or the switching device 50, it is in 16 a pulling force F

In den 17 und 18 sind die Dämpfungselemente 126 als Federn ausgebildet, wobei in 17 analog zu 15 ein Druckkraft F und in 18 analog zu 16 eine Zugkraft F auf das Subgehäuse 124 der Umschaltvorrichtung 50 wirkt. In den 17a, 17b und 17c sind die Dämpfungselemente 126 jeweils als Blattfedern 144, als Spiralfedern 146 und als Schenkelfendern 148 ausgebildet, die je nach Ausführung mit entsprechend ausgestalteten Halteelementen 130, 140 am Gehäuse 14 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 bzw. am Subgehäuse 124 der Umschaltvorrichtung 50 zusammenwirken. Die 18a und 18b zeigen jeweils ein als Zugfeder 150 und als Biege- bzw. Torsionsfeder 152 ausgebildetes Dämpfungselement 126, das einerseits an Ösen bzw. Domen 136 des Gehäuses 14 und andererseits an speziell ausgestalteten Halteelementen 140 des Subgehäuses 124 vibrationsentkoppelt gelagert ist.In the 17 and 18 the damping elements 126 are designed as springs, with in 17 analogous to 15 a compressive force F and in 18 analogous to 16 a tensile force F acts on the sub-housing 124 of the switching device 50 . In the 17a , 17b and 17c the damping elements 126 are each designed as leaf springs 144, as spiral springs 146 and as leg fenders 148 which, depending on the design, interact with correspondingly designed holding elements 130, 140 on the housing 14 of the electrical processing device 10 or on the sub-housing 124 of the switching device 50. the 18a and 18b each show a tension spring 150 and damping element 126 designed as a bending or torsion spring 152, which is mounted vibration-decoupled on the one hand on eyelets or domes 136 of the housing 14 and on the other hand on specially designed holding elements 140 of the sub-housing 124.

In den 19 bis 22 sind weitere Ausführungsbeispiele für ein elektrisches Bearbeitungsgerät 10 gezeigt. Dabei ist das elektrische Bearbeitungsgerät 10 in 19 ein Bohrhammer mit einer als pneumatisches Schlagwerk ausgebildeten Abtriebsmechanik 122 sowie beispielsweise einer als SDS-Bohrfutter ausgebildeten Werkzeugaufnahme 18 für ein als ein SDS-Bohrer ausgebildetes Einsatzwerkzeug 32. Auch das von der Motowelle 30 des Elektromotors 12 angetriebene Getriebe 24 ist speziell auf die Anwendung des Bohrhammers ausgelegt. Entsprechendes gilt für den in 20 dargestellten Winkelschleifer, den in 21 dargestellten Industriestaubsauger und den in 22 dargestellten Rasenmäher. Auch hier ist der Abtriebsteil 116 jeweils speziell an den Einsatzzweck des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 angepasst, ohne hierauf nachfolgend weiter im Detail eingehen zu wollen, da dies für die Erfindung als solche eher von untergeordneter Bedeutung ist. Es soll an dieser Stelle jedoch nochmals darauf hingewiesen werden, dass die Erfindung auch in vielen anderen elektromotorisch angetriebenen Bearbeitungsgeräten mit mindestens zwei unterschiedlichen Versorgungsspannungen, wie z.B. Küchenmaschinen, Baumaschinen, Fahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen, etc. zum Einsatz kommen kann.In the 19 until 22 further exemplary embodiments of an electrical processing device 10 are shown. The electrical processing device is 10 in 19 a hammer drill with an output mechanism 122 designed as a pneumatic impact mechanism and, for example, a tool holder 18 designed as an SDS drill chuck for an application tool 32 designed as an SDS drill. The gear 24 driven by the motor shaft 30 of the electric motor 12 is also specially designed for use with the hammer drill designed. The same applies to the in 20 angle grinder shown, the in 21 illustrated industrial vacuum cleaner and in 22 illustrated lawn mower. Here, too, the output part 116 is in each case specially adapted to the intended use of the electrical processing device 10, without wanting to go into further detail in the following, since this is of secondary importance for the invention as such. At this point, however, it should be pointed out again that the invention can also be used in many other electric motor-driven processing devices with at least two different supply voltages, such as kitchen appliances, construction machinery, vehicles, airplanes, ships, etc.

Die 19 bis 22 veranschaulichen entsprechend 13 eine topologische Aufteilung des jeweiligen elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 in den überwiegend mechanischen Abtriebsteil 116 jenseits der topologischen Trennungslinie 118 und den Versorgungs- und Antriebsteil 120 diesseits der topologischen Trennungslinie 118. Dabei ist die Umschaltvorrichtung 50 innerhalb des Gehäuses 14 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 stets topologisch derart von dem Abtreibsteil 116 getrennt, dass sie funktionell, insbesondere als Teil der Leistungselektronik 36, vor dem Elektromotor 12 und dem Abtriebsteil 116 angeordnet ist. Weiterhin ist jedem elektrischen Bearbeitungsgerät 10 gemein, dass die Leistungselektronik 36 in eine erste Leistungselektronik 36H, insbesondere eine AC-Elektronik, zum Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und in zumindest eine zweite Leistungselektronik 36L, insbesondere eine DC-Elektronik, zum Betrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL aufgeteilt ist, wobei die erste und die zumindest eine zweite Leistungselektronik 36H, 36L galvanisch voneinander getrennt sind. Zudem ist die Umschaltvorrichtung 50 stets in dem Gehäuse 14 an einer der Motorwelle 30 abgewandten Seite des Elektromotors 12 angeordnet.the 19 until 22 illustrate accordingly 13 a topological division of the respective electrical processing device 10 into the predominantly mechanical driven part 116 beyond the topological dividing line 118 and the supply and drive part 120 on this side of the topological dividing line 118. The switching device 50 within the housing 14 of the electrical processing device 10 is always topologically different from that Abtriebspart 116 separated that it is functional, in particular as part of the power electronics 36, arranged in front of the electric motor 12 and the driven part 116. What is also common to each electrical processing device 10 is that the power electronics 36 are divided into first power electronics 36 H , in particular AC electronics, for operation with the first supply voltage U H and in at least one second power electronics 36 L , in particular DC electronics, for operation with the at least one second supply voltage U L , the first and the at least one second power electronics 36 H , 36 L being electrically isolated from one another. In addition, the switching device 50 is always arranged in the housing 14 on a side of the electric motor 12 which is remote from the motor shaft 30 .

Der in 19 dargestellte Bohrhammer unterscheidet sich zwar deutlich hinsichtlich seiner Anwendung und dem dafür ausgelegten Abtriebsteil 116 von dem in 13 gezeigten Abrisshammer, beiden gemein ist aber in etwa die Leistungsklasse sowie die Energieversorgung über zwei Akkupacks 20. Somit können beide elektrischen Bearbeitungsgeräte 10 jeweils einen sehr ähnlichen Versorgungs- und Antriebsteil 120 aufweisen. Mit besonderem Vorteil können demnach der Elektromotor 12 samt der Umschaltvorrichtung 50 oder der vollständigen Leistungselektronik 36 als modulare Baugruppe in beiden elektrischen Bearbeitungsgeräten 10 zum Einsatz kommen, was die Herstellung und Wartung der elektrischen Bearbeitungsgeräte 10 deutlich vereinfacht und kosteneffizienter macht. Entsprechendes gilt auch für andere elektrische Bearbeitungsgeräte 10 ähnlicher Leistungsklassen, wie beispielsweise dem in 21 gezeigten Industriestaubsauger und dem in 22 gezeigten Rasenmäher oder dem in 1 gezeigten Drehschlagschrauber und dem in 20 gezeigten kleinen Winkelschleifer.the inside 19 The rotary hammer shown differs significantly in terms of its application and the driven part 116 designed for it from the one shown in 13 demolition hammer shown, but what both have in common is roughly the power class and the energy supply via two battery packs 20. Thus, both electrical processing devices 10 can each have a very similar supply and drive part 120. Accordingly, the electric motor 12 together with the switching device 50 or the complete power electronics 36 can be used with particular advantage as a modular assembly in both electrical processing devices 10, which makes the manufacture and maintenance of the electrical processing devices 10 significantly easier and more cost-efficient. The same also applies to other electrical processing devices 10 of similar performance classes, such as the one in 21 shown industrial vacuum cleaner and the in 22 lawn mower shown or the one in 1 impact wrench shown and the in 20 shown small angle grinder.

Es sei abschließend darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsbeispiele weder auf die 1 bis 22 noch auf die genannten Spannungswerte und/oder die absolute Anzahl der Akkus bzw. Akkupacks 20 sowie der Schaltelemente der Umschaltvorrichtung 50 beschränkt ist. Zudem können sämtliche Ausführungsbeispiele je nach Leistungs- und Kostenbedarf alternativ mit einem klassischen DC-Motor realisiert werden. Sowohl die Akkus 20 als auch die Elektronik für das Lademanagement können wahlweise direkt im elektrischen Bearbeitungsgerät 10 integriert oder extern über ein Kabel mit dem elektrischen Bearbeitungsgerät 10 verbunden sein.It should finally be pointed out that the exemplary embodiments shown neither on the 1 until 22 is still limited to the stated voltage values and/or the absolute number of rechargeable batteries or rechargeable battery packs 20 and the switching elements of the switching device 50 . In addition, all exemplary embodiments can alternatively be implemented with a classic DC motor, depending on the performance and cost requirements. Both the rechargeable batteries 20 and the electronics for charging management can either be integrated directly in the electrical processing device 10 or connected to the electrical processing device 10 externally via a cable.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 3316453 A1 [0003]EP 3316453 A1 [0003]
  • US 2019/0229599 A1 [0004]US 2019/0229599 A1 [0004]

Claims (18)

Elektromotor (12) mit einem Rotor (40) und einem Stator (42), wobei der Stator (42) drei Statorpole (44) und jeder Statorpol (44I, 44II, 44III) ein ganzzahliges Vielfaches an Statorzähnen (46) mit jeweils einer Mehrzahl von Wicklungen (48) zum Antrieb des Rotors (40) aufweist, wobei die Wicklungen (48) der Statorzähne (46) in ihrer Art und/oder Anzahl derart ausgelegt sind, dass der Elektromotor (12) über drei Phasen (U, V, W) wahlweise mit einer ersten Versorgungsspannung (UH), insbesondere für einen Netzbetrieb, oder mit zumindest einer gegenüber der ersten Versorgungsspannung (UH) deutlich unterschiedlichen zweiten Versorgungsspannung (UL), insbesondere für einen Akkubetrieb, betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Wicklungen (48) eines Statorzahns (46I, 46II) für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung (UH) oder der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung (UL) in Reihe und/oder parallel schaltbar sind und dass die Phasen (U, V, W) als Sternschaltung oder als Dreieckschaltung schaltbar sind.Electric motor (12) with a rotor (40) and a stator (42), the stator (42) having three stator poles (44) and each stator pole (44 I , 44 II , 44 III ) having an integer multiple of stator teeth (46). each has a plurality of windings (48) for driving the rotor (40), the windings (48) of the stator teeth (46) being designed in terms of their type and/or number such that the electric motor (12) has three phases (U , V, W) can be operated optionally with a first supply voltage (U H ), in particular for mains operation, or with at least one second supply voltage (U L ), which is significantly different from the first supply voltage (U H ), in particular for battery operation, characterized characterized in that all windings (48) of a stator tooth (46 I , 46 II ) can be connected in series and/or in parallel for operation with the first supply voltage (U H ) or the at least one second supply voltage (U L ) and that the phases (U, V, W) as Star connection or delta connection can be switched. Elektromotor (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung (UH) sämtliche Wicklungen (48) eines Statorpols (44I, 44", 44III) parallel und die Phasen (U, V, W) in einer Dreieckschaltung geschaltet sind.Electric motor (12) after claim 1 , characterized in that for operation with the first supply voltage (U H ) all the windings (48) of a stator pole (44 I , 44", 44 III ) are connected in parallel and the phases (U, V, W) are connected in a delta circuit. Elektromotor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Betrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung (UL) sämtliche Wicklungen (48) eines Statorpols (44I, 44II, 44III) in Reihe und die Phasen (U, V, W) in einer Sternschaltung geschaltet sind.Electric motor (12) according to one of the preceding claims, characterized in that for operation with the at least one second supply voltage (U L ) all the windings (48) of a stator pole (44 I , 44 II , 44 III ) are connected in series and the phases ( U, V, W) are connected in a star connection. Elektromotor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anzahl der Wicklungen (48) eines Statorpols (44I, 44", 44III) im Wesentlichen aus dem Verhältnis der ersten und der zumindest einen zweiten Versorgungspannung (UH, UL) ergibt und insbesondere im Falle der Sternschaltung der Phasen (U, V, W) weiter um einen Faktor 1,73 reduzierbar ist.Electric motor (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the number of windings (48) of a stator pole (44 I , 44", 44 III ) essentially depends on the ratio of the first and the at least one second supply voltage (U H , U L ) and can be further reduced by a factor of 1.73, particularly in the case of star connection of the phases (U, V, W). Elektromotor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (12) bei Umschaltung der Wicklungen (48) zwischen dem Betrieb mit der ersten und der zumindest einen zweiten Versorgungspannung (UH, UL) sowohl mit in Sternschaltung als auch mit in Dreieckschaltung geschalteten Phasen (U, V, W), insbesondere mit im Wesentlichen gleicher Maximalleistung, betreibbar ist.Electric motor (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motor (12) when switching the windings (48) between operation with the first and the at least one second supply voltage (U H , U L ) both with a star connection and can also be operated with phases (U, V, W) connected in a delta connection, in particular with essentially the same maximum power. Umschaltvorrichtung (50) zur Ansteuerung der Wicklungen (48) eines Elektromotors (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Umschaltvorrichtung (50) die Wicklungen (48) der Statorzähne (46) des Elektromotors (12) für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung (UH) oder der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung (UL) in Reihe und/oder parallel und darüber hinaus die Phasen (U, V, W) des Elektromotors (12) als Sternschaltung oder als Dreieckschaltung schaltbar sind.Switching device (50) for controlling the windings (48) of an electric motor (12) according to one of the preceding Claims 1 until 5 , characterized in that by means of the switching device (50) the windings (48) of the stator teeth (46) of the electric motor (12) for operation with the first supply voltage (U H ) or the at least one second supply voltage (U L ) in series and /or the phases (U, V, W) of the electric motor (12) can be switched in parallel and in addition as a star connection or as a delta connection. Umschaltvorrichtung (50) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl erster Schaltelemente (66) zur Reihenschaltung der Wicklungen (48) der Statorzähne (46) und eine Mehrzahl zweiter Schaltelemente (68) zur Parallelschaltung der Wicklungen (48) der Statorzähne (46).Switching device (50) after claim 6 , characterized by a plurality of first switching elements (66) for series connection of the windings (48) of the stator teeth (46) and a plurality of second switching elements (68) for parallel connection of the windings (48) of the stator teeth (46). Umschaltvorrichtung (50) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Statorpol (44I, 44II, 44III) des Elektromotors (12) mit jeweils M Statorzähnen (46) und N Wicklungen (48) je Statorzahn (46I, 46II) M * N - 1 erste Schaltelemente (66) zur Reihenschaltung und M * (2N - 1) zweite Schaltelemente (68) zur Parallelschaltung der M * N Wicklungen (48) vorgesehen sind.Switching device (50) after claim 7 , characterized in that for each stator pole (44 I , 44 II , 44 III ) of the electric motor (12) with M stator teeth (46) and N windings (48) per stator tooth (46 I , 46 II ) M * N - 1 first switching elements (66) for series connection and M * (2N - 1) second switching elements (68) for parallel connection of the M * N windings (48) are provided. Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reihenschaltung der Wicklungen (48) die ersten Schaltelemente (66) geschlossen und die zweiten Schaltelemente (68) geöffnet sind, und dass zur Parallelschaltung der Wicklungen (48) die ersten Schaltelemente (66) geöffnet und die zweiten Schaltelemente (68) geschlossen sind.Switching device (50) according to any one of the preceding Claims 7 or 8th , characterized in that for the series connection of the windings (48) the first switching elements (66) are closed and the second switching elements (68) are open, and in that for the parallel connection of the windings (48) the first switching elements (66) are open and the second switching elements ( 68) are closed. Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stern- oder Dreieckschaltung der Phasen (U, V, W) des Elektromotors (12) je Statorpol (44I, 44", 44III) ein drittes und ein viertes Schaltelement (70, 72) vorgesehen ist.Switching device (50) according to any one of the preceding Claims 7 until 9 , characterized in that a third and a fourth switching element (70, 72) is provided for the star or delta connection of the phases (U, V, W) of the electric motor (12) for each stator pole (44 I , 44", 44 III ). Umschaltvorrichtung (50) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sternschaltung der Phasen (U, V, W) die dritten Schaltelemente (70) geschlossen und die vierten Schaltelemente (72) geöffnet sind und zur Dreieckschaltung der Phasen (U, V, W) die dritten Schaltelemente (70) geöffnet und die vierten Schaltelemente (72) geschlossen sind.Switching device (50) after claim 10 , characterized in that for the star connection of the phases (U, V, W) the third switching elements (70) are closed and the fourth switching elements (72) are open and for the delta connection of the phases (U, V, W) the third switching elements (70) opened and the fourth switching elements (72) are closed. Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass je Statorpol (44I, 44", 44III) des Elektromotors (12) ein weiteres Schaltelement (76) zur Reihenschaltung mit einer schaltbaren Last (74) vorgesehen ist.Switching device (50) according to any one of the preceding Claims 6 until 11 , characterized in that each stator pole (44 I , 44", 44 III ) of the electric motor (12) has a further switching element (76) is provided for series connection with a switchable load (74). Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 12, gekennzeichnet durch weitere Schaltelemente zur Umschaltung einer Lage- und/oder Drehzahlsensorik (78H, 78L) für den Rotor (40) des Elektromotors (12) in Abhängigkeit von dem Betrieb des Elektromotors (12) mit der ersten Versorgungsspannung (UH) oder mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung (UL).Switching device (50) according to any one of the preceding Claims 6 until 12 , characterized by further switching elements for switching over a position and/or speed sensor system (78 H , 78 L ) for the rotor (40) of the electric motor (12) depending on the operation of the electric motor (12) with the first supply voltage (U H ) or with the at least one second supply voltage (U L ). Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (66, 68, 70, 72) als Halbleiter-Schalter, insbesondere als MOSFET, Feldeffekt-Transistor, IGBT, Bipolar-Transistor, oder dergleichen, oder als Relais ausgebildet sind.Switching device (50) according to any one of the preceding Claims 6 until 13 , characterized in that the switching elements (66, 68, 70, 72) are designed as semiconductor switches, in particular as MOSFETs, field effect transistors, IGBTs, bipolar transistors or the like, or as relays. Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltvorrichtung (50) eine modulare Baugruppe (94, 96) des Elektromotors (12) ist.Switching device (50) according to any one of the preceding Claims 6 until 14 , characterized in that the switching device (50) is a modular assembly (94, 96) of the electric motor (12). Elektrisches Bearbeitungsgerät (10), insbesondere Handwerkzeugmaschine, mit einem Elektromotor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5 und einer Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 15.Electrical processing device (10), in particular a hand-held power tool, with an electric motor (12) according to one of the preceding Claims 1 until 5 and a switching device (50) according to any one of the preceding Claims 6 until 15 . Elektrisches Bearbeitungsgerät (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Steuer- oder Regelelektronik (38) zur Ansteuerung der Umschaltvorrichtung (50) aufweist.Electrical processing device (10) after Claim 16 , characterized in that it has control or regulating electronics (38) for controlling the switching device (50). Elektrisches Bearbeitungsgerät (10) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regelelektronik (38) die ersten und die zweiten sowie die dritten und die vierten Schaltelemente (66, 68, 70, 72) jeweils mit einer Totzeit (T) schaltet.Electrical processing device (10) after Claim 17 , characterized in that the control or regulating electronics (38) switches the first and the second as well as the third and the fourth switching elements (66, 68, 70, 72) each with a dead time (T).
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